AT527146B1 - System and method for machining a rail using a liquid jet - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System (2) zum Bearbeiten einer Schiene (3) eines Eiseinbahngleises (4) mittels eines Flüssigkeitsstrahls (13), umfassend einen Flüssigkeitsbehälter (7) zur Speicherung einer Arbeitsflüssigkeit (8), eine Druckerzeugungseinrichtung (11) zur Beaufschlagung der Arbeitsflüssigkeit (8) mit Ultrahochdruck und mit einer Düsenanordnung (12) zur Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls (13). Dabei erfolgt eine Ansteuerung der Düsenanordnung (12) mittels einer Steuerungseinrichtung (17), die zur Veränderung zumindest eines Arbeitsparameters (a1 … αn) zur Anpassung des Flüssigkeitsstrahls (13) an einen vorgegebenen Materialabtrag (18) an einer Oberfläche (19) der Schiene (3) eingerichtet ist. Es erfolgt somit kein bloßer Schneidvorgang, sondern ein definierter Materialabtrag (18) an der Schienenoberfläche (19) als Resultat des entsprechend angepassten Flüssigkeitsstrahls (13).The invention relates to a system (2) for machining a rail (3) of a single-lane ice track (4) by means of a liquid jet (13), comprising a liquid container (7) for storing a working liquid (8), a pressure generating device (11) for applying ultra-high pressure to the working liquid (8) and a nozzle arrangement (12) for generating the liquid jet (13). The nozzle arrangement (12) is controlled by means of a control device (17) which is designed to change at least one working parameter (a1...αn) in order to adapt the liquid jet (13) to a predetermined material removal (18) on a surface (19) of the rail (3). This is not just a cutting process, but a defined material removal (18) on the rail surface (19) as a result of the correspondingly adapted liquid jet (13).
Description
SYSTEM UND VERFAHREN ZUM BEARBEITEN EINER SCHIENE MITTELS EINES FLÜSSIGKEITSSTRAHLS SYSTEM AND METHOD FOR PROCESSING A RAIL BY MEANS OF A LIQUID JET
[0001] Die Erfindung betrifft ein System zum Bearbeiten einer Schiene eines Eiseinbahngleises mittels eines Flüssigkeitsstrahls, umfassend einen Flüssigkeitsbehälter zur Speicherung einer Arbeitsflüssigkeit, eine Druckerzeugungseinrichtung zur Beaufschlagung der Arbeitsflüssigkeit mit Ultrahochdruck und mit einer Düsenanordnung zur Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls, wobei eine Ansteuerung der Düsenanordnung mittels einer Steuerungseinrichtung erfolgt, die zur Veränderung zumindest eines Arbeitsparameters zur Anpassung des Flüssigkeitsstrahls eingerichtet ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schiene mittels des Systems. [0001] The invention relates to a system for machining a rail of a single-lane ice track using a liquid jet, comprising a liquid container for storing a working liquid, a pressure generating device for applying ultra-high pressure to the working liquid and a nozzle arrangement for generating the liquid jet, wherein the nozzle arrangement is controlled by means of a control device which is designed to change at least one working parameter for adjusting the liquid jet. The invention also relates to a method for machining a rail using the system.
[0002] Der Oberbau eines Bahnkörpers ist durch Nutzung und Witterungseinflüsse einem laufenden Verschleiß unterworfen, wodurch regelmäßige Instandhaltungsarbeiten notwendig sind. Insbesondere die Lage eines Eisenbahngleises und die Oberfläche der Schienen werden in vorgegebenen Intervallen überprüft. Lagefehler werden mittels einer Stopfmaschine behoben. Zur Eliminierung von Schienenfehlern, insbesondere von bestehenden Rollkontaktermüdungsschäden, sind verschiedene Methoden bekannt. [0002] The superstructure of a railway track is subject to continuous wear and tear due to use and weather influences, which means that regular maintenance work is necessary. In particular, the position of a railway track and the surface of the rails are checked at specified intervals. Position errors are corrected using a tamping machine. Various methods are known for eliminating rail errors, in particular existing rolling contact fatigue damage.
[0003] Bei der Schienenbearbeitung wird gezielt Material von der Oberfläche des jeweiligen Schienenkopfes entfernt. Die Menge des Materialabtrags und die resultierende Geometrie sind von der Art der Bearbeitung abhängig. Ziel des jeweiligen Bearbeitungsverfahrens ist ein kontrollierter Materialabtrag, um die angestrebte Schienengeometrie zu erreichen. Auch die erzielte Oberflächengüte spielt für die Lebensdauer, den Fahrkomfort und die Lärmentwicklung eine wesentliche Rolle. Druckeigenspannungen in der Schienenoberfläche sind wünschenswert, weil dadurch die Rissbildung erschwert wird. Bei verschiedenen Schienenbearbeitungsmethoden wie Schleifen oder Fräsen können jedoch Zugeigenspannungen in der Schienenoberfläche auftreten. [0003] During rail processing, material is removed from the surface of the respective rail head in a targeted manner. The amount of material removed and the resulting geometry depend on the type of processing. The aim of the respective processing method is controlled material removal in order to achieve the desired rail geometry. The surface quality achieved also plays a key role in the service life, ride comfort and noise development. Residual compressive stresses in the rail surface are desirable because they make crack formation more difficult. However, with various rail processing methods such as grinding or milling, residual tensile stresses can occur in the rail surface.
[0004] Aus der WO 2020/060962 A1 ist ein System zur Schienenbearbeitung bekannt, bei dem der Materialabtrag mittels eines Ultrahochdruck-Flüssigkeitsstrahls unter Beigabe eines Abrasivstoffs erfolgt. Der Ultrahochdruck-Flüssigkeitsstrahl wird dabei als Schneidwerkzeug eingesetzt, mittels dem entlang eines Schienenkopfes Oberflächensegmente abgetrennt werden. Ein Auffächern des Flüssigkeitsstrahls ist unerwünscht, weil dadurch ein präziser Schnitt erschwert wird. Mit zunehmender Schnitttiefe entsteht ein inhomogenes Schnittbild mit deutlichen Rillen entlang der Schnittflächen. Einzelne Zonen dieser Schnittflächen weisen eine unterschiedliche Oberflächengüte auf. Die jeweilige Oberflächengüte ist dabei von der Schnittgeschwindigkeit, der Menge des beigefügten Abrasivstoffs und der Schnitttiefe abhängig. [0004] WO 2020/060962 A1 discloses a system for rail processing in which material is removed using an ultra-high-pressure liquid jet with the addition of an abrasive. The ultra-high-pressure liquid jet is used as a cutting tool by means of which surface segments are separated along a rail head. Fanning out the liquid jet is undesirable because it makes precise cutting more difficult. As the cutting depth increases, an inhomogeneous cutting pattern is created with clear grooves along the cutting surfaces. Individual zones of these cutting surfaces have a different surface quality. The respective surface quality depends on the cutting speed, the amount of abrasive added and the cutting depth.
[0005] Die CN 114575205 A offenbart ein System und ein Verfahren zur Schienenbearbeitung mittels eines Wasserstrahlpoliersystems, wobei laufend vor und nach dem Wasserstrahlpoliersystem optische Messungen der Schienenoberfläche durchgeführt werden. Die Messergebnisse werden in Echtzeit ausgewertet und dienen zur iterativen Verbesserung des Poliervorgangs. [0005] CN 114575205 A discloses a system and a method for rail processing using a water jet polishing system, wherein optical measurements of the rail surface are continuously carried out before and after the water jet polishing system. The measurement results are evaluated in real time and are used to iteratively improve the polishing process.
[0006] Die CN 115162076 A offenbart ein System und ein Verfahren, bei dem eine Schiene mittels Messvorrichtungen vermessen und anschließend auf Basis dieser Messungen mit einer Wasserschneideinrichtung bearbeitet wird. Es sollen dabei erkannte Fehler eliminiert werden, wobei Arbeitsparameter eines Wasserstrahls mittels einer Steuerungseinrichtung an verschiedene Welligkeiten und Profilbedingungen der Schienenstrecke angepasst werden. [0006] CN 115162076 A discloses a system and a method in which a rail is measured using measuring devices and then processed using a water cutting device on the basis of these measurements. The aim is to eliminate detected errors, with the working parameters of a water jet being adapted to different undulations and profile conditions of the rail section using a control device.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System eingangs genannter Art dahingehend zu verbessern, dass ein gezielter Materialabtrag und eine gleichmäßige Oberflächengüte erzielbar sind. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben. [0007] The invention is based on the object of improving a system of the type mentioned at the outset in such a way that targeted material removal and a uniform surface quality can be achieved. It is also an object of the invention to specify a corresponding method.
[0008] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 10. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an. [0008] According to the invention, these objects are achieved by the features of independent claims 1 and 10. Dependent claims specify advantageous embodiments of the invention.
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[0009] Gekennzeichnet ist das System durch eine Ansteuerung der Düsenanordnung mittels einer Steuerungseinrichtung, die zur Veränderung zumindest eines Arbeitsparameters zur Anpassung des Flüssigkeitsstrahls eingerichtet ist, wobei in der Steuerungseinrichtung einem jeweils vorgegebenen Materialabtrag an einer Oberfläche der Schiene eine entsprechende Einstellung des zumindest einen Arbeitsparameters zur Anpassung der materialabtragenden Wirkung des Flüssigkeitsstrahls an den jeweils vorgegebenen Materialabtrag zugeordnet ist. Es erfolgt somit kein bloßer Schneidvorgang wie aus dem Stand der Technik bekannt, sondern ein definierter Materialabtrag an der Schienenoberfläche als Resultat des entsprechend angepassten Flüssigkeitsstrahls. Die Schiene wird also nicht geschnitten, sondern gestrahlt, indem der auf die Schienenoberfläche gerichtete Flüssigkeitsstrahl innerhalb einer bestimmten Wirkdauer in einem ausgedehnten Wirkbereich eine Vielzahl an Materialpartikeln aus der Schienenoberfläche löst. [0009] The system is characterized by controlling the nozzle arrangement by means of a control device which is designed to change at least one working parameter for adapting the liquid jet, wherein in the control device a respective predetermined material removal on a surface of the rail is assigned a corresponding setting of the at least one working parameter for adapting the material-removing effect of the liquid jet to the respective predetermined material removal. This means that there is no mere cutting process as known from the prior art, but rather a defined material removal on the rail surface as a result of the correspondingly adapted liquid jet. The rail is therefore not cut, but blasted, in that the liquid jet directed at the rail surface releases a large number of material particles from the rail surface within a specific effective period in an extended effective area.
[0010] Dabei bestimmt der zumindest eine veränderbare Arbeitsparameter die materialabragende Wirkung des Flüssigkeitsstrahls, insbesondere eine flächige Ausdehnung und eine resultierende Tiefe des Materialabtrags. Eine Veränderung des Arbeitsparameters ändert die Menge an abgetragenem Material. Auf diese Weise erfolgt die gewünschte Formgebung der Schienenoberfläche durch einen kontrollierten und prozesssicheren Materialabtrag. Beispielsweise bewirkt eine Düsenform mit runder Auslassöffnung auf der Schienenoberfläche entlang eines Wirkbereichsquerschnitts eine Abtragungstiefe, deren Verlaufsform einer Normalverteilung angenähert ist. Bei unbewegter Düse entsteht ein kreisrundes Tiefenrelief, das in der Mitte am tiefsten ist und stetig in den unbearbeiteten Bereich der Schienenoberfläche übergeht. [0010] The at least one changeable working parameter determines the material-removing effect of the liquid jet, in particular a surface area and a resulting depth of material removal. A change in the working parameter changes the amount of material removed. In this way, the desired shape of the rail surface is achieved through controlled and process-reliable material removal. For example, a nozzle shape with a round outlet opening on the rail surface along an effective area cross-section causes a removal depth whose shape approximates a normal distribution. When the nozzle is stationary, a circular deep relief is created that is deepest in the middle and continuously transitions into the unprocessed area of the rail surface.
[0011] Der zu erzielende Materialabtrag ist in der Steuerungseinrichtung vorgegeben. Konkret ist in der Steuerungseinrichtung dem jeweils vorgegebenen Materialabtrag eine entsprechende Einstellung des zumindest einen Arbeitsparameters zugeordnet. Auf diese Weise stellt die Steuerungseinrichtung den veränderbaren Arbeitsparameter ein, damit mittels des resultierenden Flüssigkeitsstrahls der vorgegebene Materialabtrag, das heißt, die gewünschte materialabtragende Wirkung auf die gestrahlte Oberfläche der Schiene erzielt wird. Im einfachsten Fall erfolgt die Vorgabe des Materialabtrags durch eine Bedienperson. Dazu ist die Steuerungseinrichtung mit einer Eingabevorrichtung und einer Anzeigevorrichtung verbunden. Insbesondere umfasst die Steuerungseinrichtung eine digitale Speichereinheit, in der eine Vorgabe des Materialabtrags in Abhängigkeit eines von der Bedienperson gewählten Schienenprofils und/oder einer sonstigen Auswahl oder Eingabe hinterlegt ist. [0011] The material removal to be achieved is specified in the control device. Specifically, a corresponding setting of at least one working parameter is assigned to the respective specified material removal in the control device. In this way, the control device sets the changeable working parameter so that the specified material removal, i.e. the desired material-removing effect on the blasted surface of the rail, is achieved by means of the resulting liquid jet. In the simplest case, the material removal is specified by an operator. For this purpose, the control device is connected to an input device and a display device. In particular, the control device comprises a digital storage unit in which a specification of the material removal is stored depending on a rail profile selected by the operator and/or another selection or input.
[0012] Mit dieser Art der Bearbeitung wird einerseits ein präziser Materialabtrag zur Erzielung einer gewünschten Oberflächenform der Schiene ermöglicht. Andererseits erzeugt der Strahlvorgang Druckeigenspannungen in den bearbeiteten Zonen der Schienenoberfläche. Diese Druckeigenspannungen vermindern das Entstehungsrisiko für Risse und sonstiger Schäden bei einer nachfolgenden Beanspruch der Schiene durch den Regelverkehr. Die mit dem erfindungsgemäßen System erzielte Oberflächengüte erhöht die Lebensdauer der Schiene. Zudem werden beim Befahren der Schienen der Fahrkomfort erhöht und die Lärmentwicklung reduziert. [0012] This type of processing enables precise material removal to achieve a desired surface shape of the rail. On the other hand, the blasting process generates residual compressive stresses in the processed areas of the rail surface. These residual compressive stresses reduce the risk of cracks and other damage when the rail is subsequently subjected to stress by regular traffic. The surface quality achieved with the system according to the invention increases the service life of the rail. In addition, travel comfort is increased and noise is reduced when driving on the rails.
[0013] Zur Erzielung der gewünschten Oberflächenform der Schiene sind unterschiedliche Funktionsweisen der Düsenanordnung nutzbar. Beispielsweise werden mehrere Düsen mit unterschiedlichen materialabtragenden Wirkungen gleichzeitig eingesetzt. In einer anderen Variante wird eine Düse entlang der Schiene bewegt, wobei insbesondere zur Erzielung eines gewünschten Schienenprofils die materialabtragende Wirkung variiert. Eine Kombination dieser Funktionsweisen erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit und die Anwendungsmöglichkeiten. [0013] Different functions of the nozzle arrangement can be used to achieve the desired surface shape of the rail. For example, several nozzles with different material-removing effects are used simultaneously. In another variant, a nozzle is moved along the rail, whereby the material-removing effect varies, in particular to achieve a desired rail profile. A combination of these functions increases the working speed and the application possibilities.
[0014] Einsetzbar ist das erfindungsgemäße System sowohl für eine präventive Schienenbearbeitung mit gleichmäßigem Materialabtrag als auch für eine Reprofilierung zur Wiederherstellung eines gewünschten Schienenquerprofils. Eine initiale Schienenbearbeitung zum Abtrag einer Walzhaut oder zur Entfernung von Zunder stellt eine weitere Anwendung dar. [0014] The system according to the invention can be used both for preventive rail processing with uniform material removal and for reprofiling to restore a desired rail cross-section. Initial rail processing to remove rolling skin or scale represents a further application.
[0015] Insbesondere ist das System in ein Schienenfahrzeug oder ein 2-Wege-Fahrzeug integriert. Das Fahrzeug umfasst einen Fahrzeugrahmen, der auf Schienenfahrwerken auf dem zu bearbeitenden Gleis verfahrbar ist. Die Komponenten des Systems sind am Fahrzeugrahmen und/oder in einem Aufbau oder Wagenkasten des Fahrzeugs angeordnet. [0015] In particular, the system is integrated into a rail vehicle or a two-way vehicle. The vehicle comprises a vehicle frame that can be moved on rail bogies on the track to be worked on. The components of the system are arranged on the vehicle frame and/or in a structure or car body of the vehicle.
[0016] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Systems ist der Arbeitsflüssigkeit bei der Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls ein Abrasivstoff beigemengt, wobei insbesondere ein der Flüssigkeit beigemengter Anteil und/oder eine Eigenschaft des Abrasivstoffs als veränderbarer Arbeitsparameter vorgegeben ist. Durch die Beimengung des Abrasivstoffs wird die Materialabtragungsrate erhöht. Auf diese Weise ist bei ansonsten gleichbleibender Düsenanordnung durch die Art und/oder die Menge des beigefügten Abrasivstoffs die materialabtragende Wirkung veränderbar. Der gemeinsam mit dem Flüssigkeitsstrahl auf die Schienenoberfläche einwirkende Abrasivstoff erhöht zudem die induzierten Druckeigenspannungen. [0016] In an advantageous development of the system, an abrasive is added to the working fluid when the fluid jet is generated, whereby in particular a proportion added to the fluid and/or a property of the abrasive is specified as a variable working parameter. The addition of the abrasive increases the material removal rate. In this way, with the nozzle arrangement remaining otherwise the same, the material-removing effect can be changed by the type and/or amount of the abrasive added. The abrasive acting on the rail surface together with the fluid jet also increases the induced compressive residual stresses.
[0017] Bevorzugt ist der Abrasivstoff in einem eigenen Speicherbehälter gelagert. Zusätzlich verbessert wird das System durch eine Auffangvorrichtung für die Arbeitsflüssigkeit unterhalb der bearbeiteten Schiene. Die aufgefangene Arbeitsflüssigkeit wird entweder unmittelbar mittels Filter gereinigt und wieder dem Flüssigkeitsbehälter zugeführt, oder es erfolgt eine Zwischenspeicherung in einem Schmutzbehälter mit nachfolgender Aufbereitung zur Wiederverwendung. Gegebenenfalls wird Abrasivstoff herausgefiltert und ebenfalls wiederverwendet. Durch die Aufbereitung und Wiederverwendung reduziert sich die Menge der mitzuführenden Arbeitsflüssigkeit und des Abrasivstoffs. Außerdem gelangt durch das Auffangen der genutzten Arbeitsflüssigkeit wendiger Feinmaterial in den Oberbau des Eisenbahngleises. [0017] The abrasive material is preferably stored in a separate storage container. The system is further improved by a collecting device for the working fluid underneath the processed rail. The collected working fluid is either cleaned immediately using a filter and returned to the fluid container, or it is temporarily stored in a dirt container and then processed for reuse. If necessary, abrasive material is filtered out and also reused. The processing and reuse reduces the amount of working fluid and abrasive material to be carried along. In addition, collecting the used working fluid means that more fine material can reach the superstructure of the railway track.
[0018] Eine weitere Verbesserung betrifft vorteilhafte Einstellmöglichkeiten des Systems, wobei ein Düsenabstand und/oder eine Düsenneigung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit bezüglich der Oberfläche der Schiene und/oder ein Flüssigkeitsdruck und/oder ein Flüssigkeitsdurchfluss und/oder ein Düsendurchmesser und/oder eine Düsenform als veränderbarer Arbeitsparameter vorgegeben ist. Zur Veränderung des Düsenabstands, der Düsenneigung und der Bewegungsgeschwindigkeit kommt eine Positioniereinrichtung der jeweiligen Düse zum Einsatz. Diese Positioniereinrichtung umfasst Stellelemente und Antriebe zur Ausführung einer Relativbewegung der jeweiligen Düse gegenüber der zu bearbeitenden Schiene. Zusätzlich dient die Positioniereinrichtung zum Ausgleich eines seitlichen Versatzes, der beispielsweise in einem Gleisbogen auftritt, wenn die Düsenanordnung an einem Fahrzeugrahmen zwischen zwei Schienenfahrwerken angeordnet ist. [0018] A further improvement relates to advantageous adjustment options for the system, wherein a nozzle spacing and/or a nozzle inclination and/or a movement speed relative to the surface of the rail and/or a fluid pressure and/or a fluid flow and/or a nozzle diameter and/or a nozzle shape is specified as a variable working parameter. A positioning device for the respective nozzle is used to change the nozzle spacing, the nozzle inclination and the movement speed. This positioning device comprises adjusting elements and drives for carrying out a relative movement of the respective nozzle with respect to the rail to be processed. In addition, the positioning device serves to compensate for a lateral offset that occurs, for example, in a track curve when the nozzle arrangement is arranged on a vehicle frame between two rail bogies.
[0019] Zur Veränderung des Flüssigkeitsdrucks und des Flüssigkeitsdurchflusses umfasst die Druckerzeugungseinrichtung eine Pumpe zur Erzeugung eines Systemdrucks und hydraulische Elemente wie Druckspeicher, Ventile, Drosseln etc. zur Druck- und Durchflussanpassung. Eine Veränderung des Düsendurchmessers und der Düsenform erfolgt entweder durch eine entsprechend verstellbare Düse oder durch eine Vorrichtung zum automatisierten Austausch von Düseneinsetzen innerhalb der Düsenanordnung. [0019] To change the fluid pressure and the fluid flow, the pressure generating device comprises a pump for generating a system pressure and hydraulic elements such as pressure accumulators, valves, throttles, etc. for adjusting the pressure and flow. A change in the nozzle diameter and the nozzle shape is carried out either by an appropriately adjustable nozzle or by a device for the automated exchange of nozzle inserts within the nozzle arrangement.
[0020] Bevorzugt liegt der Abstand der Düsen zur Schienenoberfläche in einem Bereich zwischen 1 cm und 30 cm. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Düsenanordnung gegenüber der Schiene liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 30 m/h und 5000 m/h, insbesondere bei 500 m/h. Die Düsenneigung bezüglich der Schienenoberfläche liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 45° und 90°. Der Düsendurchmesser wird bevorzugt zwischen 0,07 mm und 1 mm gewählt. Die Düsenform bestimmt sich im Wesentlichen durch die Form der Düsenausgangsöffnung. Diese ist bevorzugt rund oder oval. Der Flüssigkeitsdruck liegt bevorzugt zwischen 130 MPa und 700 MPa, insbesondere bei 400 MPa. Die Durchflussmenge der Arbeitsflüssigkeit liegt bevorzugt zwischen 0,5 l/min und 5 l/min. Als Beigabe des Abrasivstoffs werden bevorzugt zwischen 30g/min und 1000 g/min pro Düse gewählt. [0020] The distance of the nozzles from the rail surface is preferably in a range between 1 cm and 30 cm. The speed of movement of the nozzle arrangement relative to the rail is preferably in a range between 30 m/h and 5000 m/h, in particular 500 m/h. The nozzle inclination with respect to the rail surface is preferably in a range between 30° and 90°, in particular between 45° and 90°. The nozzle diameter is preferably selected between 0.07 mm and 1 mm. The nozzle shape is essentially determined by the shape of the nozzle outlet opening. This is preferably round or oval. The fluid pressure is preferably between 130 MPa and 700 MPa, in particular 400 MPa. The flow rate of the working fluid is preferably between 0.5 l/min and 5 l/min. The abrasive addition is preferably between 30 g/min and 1000 g/min per nozzle.
[0021] Eine vorteilhafte Effizienzsteigerung erfährt das System mit mehreren nebeneinander angeordneten Düsen, wobei jeder Düse zumindest ein eigener veränderbarer Arbeitsparameter zugeordnet ist. Die mittels der Düsen erzeugten Flüssigkeitsstrahlen wirken gleichzeitig auf die Schienenoberfläche ein und bewirken einen summierten Materialabtrag. [0021] The system is advantageously more efficient when there are several nozzles arranged next to each other, with each nozzle being assigned at least one of its own variable working parameters. The liquid jets generated by the nozzles act simultaneously on the rail surface and cause a cumulative removal of material.
[0022] Vorteilhafterweise sind die Düsen zur Erzeugung aufgefächerter Flüssigkeitsstrahlen ausgebildet, wobei sich die aufgefächerten Flüssigkeitsstrahlen in einer Arbeitsrichtung gesehen überlappen. In der Regel entspricht die Arbeitsrichtung der Schienenlängsrichtung. Dann sind die Düsen in Schienenquerrichtung voneinander beabstandet. Insbesondere sind die Düsen auch in [0022] Advantageously, the nozzles are designed to produce fanned-out liquid jets, wherein the fanned-out liquid jets overlap when viewed in a working direction. As a rule, the working direction corresponds to the longitudinal direction of the rail. The nozzles are then spaced apart from one another in the transverse direction of the rail. In particular, the nozzles are also designed in
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8 NN 8 NN
Schienenlängsrichtung zueinander versetzt, sodass die Flüssigkeitsstrahlen nicht aufeinandertreffen und sich nicht gegenseitig beeinflussen. In der Wirkung findet jedoch eine UÜberlappung statt, weil eine voreilende Düse auf der Schienenoberfläche einen Wirkbereich aufweist, der durch den Wirkbereich einer benachbarten nacheilenden Düse teilweise überlagert wird. Durch Superposition der Materialabtragungswirkung in den Uberlappungsbereichen ist ein stetiger Verlauf der Materialabtragung über alle Düsen hinweg erzielbar. Die Ansteuerung der Düsen ist in der Weise aufeinander abgestimmt, dass entweder ein gewünschtes Abtragungsprofil oder ein gleichmäßiger Abtrag mit konstanter Abtragungstiefe resultiert. The nozzles are offset from each other in the longitudinal direction of the rail so that the liquid jets do not collide and do not influence each other. However, there is an overlap in the effect because a leading nozzle has an effective area on the rail surface that is partially overlapped by the effective area of an adjacent trailing nozzle. By superposing the material removal effect in the overlapping areas, a constant course of material removal can be achieved across all nozzles. The control of the nozzles is coordinated in such a way that either a desired removal profile or a uniform removal with a constant removal depth results.
[0023] Zur weiteren Verbesserung der Oberflächengüte ist der Düsenanordnung optional eine Schleifvorrichtung insbesondere zum oszillierenden Schienenschleifen nachgeordnet. Mit dieser zusätzlichen Vorrichtung werden gegebenenfalls nach der Strahlbearbeitung verbliebene Unregelmäßigkeiten ausgeglichen. Die Schleifvorrichtung arbeitet dabei mit sehr geringem Abtrag und vernachlässigbarem Wärmeintrag. Die vorteilhaften Druckeigenspannungen bleiben erhalten. [0023] To further improve the surface quality, a grinding device, particularly for oscillating rail grinding, is optionally arranged downstream of the nozzle arrangement. This additional device can be used to even out any irregularities remaining after blasting. The grinding device works with very little removal and negligible heat input. The advantageous compressive residual stresses are retained.
[0024] Bei einer weiteren Verbesserung ist der Düsenanordnung eine Nachmessvorrichtung zur Erfassung eines erzielten Schienenprofils nachgeordnet. Damit erfolgt eine Registrierung der durchgeführten Reprofilierung für Dokumentationszwecke und/oder für eine etwaige Nachbearbeitung. [0024] In a further improvement, a measuring device for recording the achieved rail profile is arranged downstream of the nozzle arrangement. This allows the reprofiling carried out to be recorded for documentation purposes and/or for any subsequent processing.
[0025] Insbesondere für eine optimale Reprofilierung der Schiene ist der Düsenanordnung eine Messvorrichtung zur Erfassung eines Schienenprofils vorgeordnet. Mit dieser Messvorrichtung wird ein Ist-Profil der Schiene in Querrichtung unmittelbar vor der Bearbeitung erfasst. Dabei kommen bevorzugt optische Messvorrichtungen wie Linienschnittsensoren zum Einsatz. [0025] In particular for optimal reprofiling of the rail, a measuring device for detecting a rail profile is arranged upstream of the nozzle arrangement. This measuring device is used to detect an actual profile of the rail in the transverse direction immediately before processing. Optical measuring devices such as line cutting sensors are preferably used for this purpose.
[0026] Besonders vorteilhalft ist ein geregelter Arbeitsprozess, wobei in einer Speichereinrichtung ein Soll-Profil der Schiene hinterlegt ist, wobei eine Auswerteeinrichtung zum Vergleich des erfasst Schienenprofils mit dem Soll-Profil angeordnet ist und wobei die Steuerungseinrichtung mit der Auswerteeinrichtung zur Vorgabe zumindest eines Arbeitsparameters in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs gekoppelt ist. Das ermöglicht eine präzise Einstellung des Abtrags zur Erzielung des gewünschten Schienenprofils, sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung der Schiene. Die aus der Messung und dem anschließenden Vergleich resultierenden Daten bilden die Basis für eine Positionsregelung und Arbeitsparameterwahl der einzelnen Düsen. Damit erfolgt an jeder Bearbeitungsstelle ein gezielter Materialabtrag. [0026] A controlled working process is particularly advantageous, whereby a target profile of the rail is stored in a storage device, whereby an evaluation device is arranged for comparing the recorded rail profile with the target profile and whereby the control device is coupled to the evaluation device for specifying at least one working parameter depending on the comparison carried out. This enables precise adjustment of the removal to achieve the desired rail profile, both in the transverse direction and in the longitudinal direction of the rail. The data resulting from the measurement and the subsequent comparison form the basis for position control and working parameter selection of the individual nozzles. This ensures targeted material removal at each processing point.
[0027] Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten einer Schiene eines Eisenbahngleises mittels des beschriebenen Systems wird die Düsenanordnung in eine vorgegebene Stellung zur Schiene gebracht, wobei mittels der Steuerungseinrichtung zumindest ein Arbeitsparameter zur Anpassung der materialabtragenden Wirkung des Flüssigkeitsstrahls an einen jeweils vorgegebenen Materialabtrag an einer Oberfläche der Schiene gemäß einer in der Steuerungseinrichtung dem jeweils vorgegebenen Materialabtrag zugeordneten Einstellung verändert wird. Auf diese Weise erfolgt ein gezielter Materialabtrag an der Schienenoberfläche zur Reprofilierung der Schiene oder zur präventiven Schienenbearbeitung. [0027] In the method according to the invention for machining a rail of a railway track using the system described, the nozzle arrangement is brought into a predetermined position relative to the rail, wherein at least one working parameter for adapting the material-removing effect of the liquid jet to a predetermined material removal on a surface of the rail is changed by means of the control device according to a setting in the control device associated with the predetermined material removal. In this way, targeted material removal takes place on the rail surface for reprofiling the rail or for preventive rail machining.
[0028] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden mehrere nebeneinander angeordnete Düsen mit unterschiedlich eingestellten Arbeitsparametern entlang der Schiene bewegt. Das steigert die Effizienz der Bearbeitung, weil mit mehreren Düsen gleichzeitig ein gezielter Materialabtrag erfolgt. Dabei sind die Düsen quer zur Arbeitsrichtung beabstandet und insbesondere in Arbeitsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Durch die versetzte Anordnung treffen die Flüssigkeitsstrahlen nicht aufeinander und erzielen trotzdem überlappende Wirkbereiche auf der Schienenoberfläche. [0028] In an advantageous development of the method, several nozzles arranged next to one another with different set working parameters are moved along the rail. This increases the efficiency of the processing because a targeted material removal is carried out simultaneously using several nozzles. The nozzles are spaced transversely to the working direction and, in particular, are arranged offset from one another in the working direction. Due to the offset arrangement, the liquid jets do not collide with one another and still achieve overlapping effective areas on the rail surface.
[0029] Zur vorteilhaften Steigerung der Bearbeitungsqualität bei einer Reprofilierung einer Schiene wird das Schienenprofil vor einer Schienenbearbeitung mit einer Messvorrichtung erfasst, wobei das erfasste Schienenprofil mittels einer Auswerteeinrichtung mit einem hinterlegten Soll-Profil verglichen wird und wobei zumindest ein Arbeitsparameter in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs vorgegeben wird. Mit einem solchen Verfahren erfolgt der geringstmögliche Materialabtrag zur Erzielung des gewünschten Schienenquerprofils. [0029] To advantageously increase the processing quality when reprofiling a rail, the rail profile is recorded using a measuring device before rail processing, the recorded rail profile being compared with a stored target profile using an evaluation device and at least one working parameter being specified depending on the comparison carried out. With such a method, the least possible material removal is achieved to achieve the desired rail cross-profile.
[0030] Bei einer weiteren Verbesserung des Verfahrens wird nach einer Schienenbearbeitung das erzielte Schienenprofil mittels einer Nachmessvorrichtung erfasst. Dieser Vorgang dient einerseits der Dokumentation der durchgeführten Bearbeitung und andererseits als Datenbasis für eine etwaige Nachbearbeitung. [0030] In a further improvement of the method, the rail profile obtained after rail processing is recorded using a follow-up measuring device. This process serves on the one hand to document the processing carried out and on the other hand as a data basis for any subsequent processing.
[0031] Im Zuge einer vorteilhaften Nachbearbeitung wird nach einem mittels des Flüssigkeitsstrahls bewirkten Materialabtrag die Oberfläche der Schiene mittels einer Schleifvorrichtung insbesondere durch oszillierendes Schleifen bearbeitet. Die resultierende Oberflächengüte weist eine besonders hohe Qualität auf, wobei ein geringer Materialabtrag ausreicht, um nach der Strahlbearbeitung etwaige verbliebene Unregelmäßigkeiten auszugleichen. [0031] In the course of an advantageous post-processing, after material has been removed by means of the liquid jet, the surface of the rail is processed by means of a grinding device, in particular by oscillating grinding. The resulting surface quality is of a particularly high quality, with a small amount of material being removed being sufficient to compensate for any remaining irregularities after the jet processing.
[0032] Eine weitere Reduktion von Oberflächeneffekten stellt die gezielte nachträgliche Belastung mittels eines walzenden Rades dar. Dabei wird ein auf der Schiene abrollendes Rad mit einer definierten Auflast belastet. Resultat dieses Vorgangs sind eine reduzierte Oberflächenrauheit und gegebenenfalls ausgeglichene Unebenheiten. [0032] A further reduction in surface effects is the targeted subsequent loading by means of a rolling wheel. In this process, a wheel rolling on the rail is subjected to a defined load. The result of this process is a reduced surface roughness and, if necessary, evened out unevenness.
[0033] Für eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität wird vorteilhafterweise für die jeweilige Düse ein Verschleißparameter erfasst und ausgewertet, indem insbesondere ein Volumenstrom und/oder ein Druck der durch die jeweilige Düse fließenden Arbeitsflüssigkeit gemessen wird. Dazu ist jeder Düse eine entsprechende Sensoranordnung zugeordnet, wobei die jeweilige Sensoranordnung insbesondere mit einer Recheneinrichtung zur Bildung eines Verschleißparameters verbunden ist. Die Erkennung von Verschleiß an der jeweiligen Düse ist wichtig, weil beispielsweise ein vergrößerter Düsendurchmesser den erreichbaren Materialabtrag verändert. Durch die Verschleißüberwachung, insbesondere durch die Überwachung des Volumenstroms und des Flüssigkeitsdrucks der jeweiligen Düse erfolgt eine frühzeitige Erkennung. [0033] To ensure consistent processing quality, a wear parameter is advantageously recorded and evaluated for the respective nozzle, in particular by measuring a volume flow and/or a pressure of the working fluid flowing through the respective nozzle. For this purpose, each nozzle is assigned a corresponding sensor arrangement, wherein the respective sensor arrangement is connected in particular to a computing device for forming a wear parameter. The detection of wear on the respective nozzle is important because, for example, an increased nozzle diameter changes the achievable material removal. Wear monitoring, in particular by monitoring the volume flow and the fluid pressure of the respective nozzle, enables early detection.
[0034] Bevorzugt zeigt das System eine zu tauschende Düse an, bevor Veränderungen des Materialabtrags die Bearbeitungsqualität mindern. Beispielsweise wird der erfasste Verschleißparameter in der Recheneinrichtung laufend mit einem Grenzwert verglichen. In Kombination mit einem digitalen Verschleißmodell kann mittels der Recheneinrichtung eine Restlebensdauer der jeweiligen Düse abgeschätzt und in einer Ausgabeeinrichtung angezeigt werden. [0034] Preferably, the system indicates a nozzle that needs to be replaced before changes in the material removal reduce the processing quality. For example, the detected wear parameter is continuously compared with a limit value in the computing device. In combination with a digital wear model, the computing device can be used to estimate the remaining service life of the respective nozzle and displayed in an output device.
[0035] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: [0035] The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures. They show in schematic representation:
[0036] Fig. 1 Schienenfahrzeug mit einem System zur Bearbeitung einer Schiene, [0036] Fig. 1 Rail vehicle with a system for processing a rail,
[0037] Fig. 2 Düsenanordnung mit mehreren Düsen zur präventiven Schienenbearbeitung, [0038] Fig. 3 Düsenanordnung mit mehreren Düsen zur Reprofilierung einer Schiene, [0039] Fig. 4 Schaltbild eines Arbeitsablaufs. [0037] Fig. 2 Nozzle arrangement with several nozzles for preventive rail processing, [0038] Fig. 3 Nozzle arrangement with several nozzles for reprofiling a rail, [0039] Fig. 4 Circuit diagram of a work sequence.
[0040] In Fig. 1 ist ein Schienenfahrzeug 1 mit einem System 2 zur Bearbeitung einer Schiene 3 eines Eisenbahngleises 4 dargestellt. Das Schienenfahrzeug 1 umfasst einen Fahrzeugrahmen 5, der auf Schienenfahrwerken 6 abgestützt auf dem Gleis 4 verfahrbar ist. Mittels eines kartesischen Koordinatensystems XYZ sind die Positionen des Schienenfahrzeugs 1, des Gleises 4 und der Elemente des Systems 2 im Raum bestimmbar. Eine Gleisachse des dargestellten Gleisabschnitts verläuft parallel zur Z-Achse. Quer dazu ist die X-Achse parallel zu einer Gleisebene ausgerichtet. Die Y-Achse ist nach unten gerichtet. [0040] Fig. 1 shows a rail vehicle 1 with a system 2 for processing a rail 3 of a railway track 4. The rail vehicle 1 comprises a vehicle frame 5 which can be moved on the track 4 supported on rail bogies 6. The positions of the rail vehicle 1, the track 4 and the elements of the system 2 in space can be determined using a Cartesian coordinate system XYZ. A track axis of the track section shown runs parallel to the Z axis. Transversely to this, the X axis is aligned parallel to a track plane. The Y axis is directed downwards.
[0041] Im Schienenfahrzeug 1 sind ein Flüssigkeitsbehälter 7 zur Speicherung einer Arbeitsflüssigkeit 8, insbesondere von Wasser, und ein optionaler Speicherbehälter 9 zur Speicherung eines Abrasivstoffs 10 angeordnet. Die beiden Behälter 7, 9 sind über Leitungen mit einer ersten und einer optionalen zweiten Druckerzeugungseinrichtung 11 verbunden. Alternativ dazu ist nur der Flüssigkeitsbehälter 7 über eine Leitung mit der jeweiligen Druckerzeugungseinrichtung 11 verbunden und der Abrasivstoff 10 wird mittels einer Venturi-Düse eingebracht. Jeder Druckerzeugungseinrichtung 11 ist eine Düsenanordnung 12 zur Erzeugung wenigstens eines Flüssigkeitsstrahls 13 zugeordnet. [0041] A liquid container 7 for storing a working liquid 8, in particular water, and an optional storage container 9 for storing an abrasive substance 10 are arranged in the rail vehicle 1. The two containers 7, 9 are connected via lines to a first and an optional second pressure generating device 11. Alternatively, only the liquid container 7 is connected via a line to the respective pressure generating device 11 and the abrasive substance 10 is introduced by means of a Venturi nozzle. Each pressure generating device 11 is assigned a nozzle arrangement 12 for generating at least one liquid jet 13.
[0042] In einer einfachen Ausführung sind nur die erste Druckerzeugungseinrichtung 11 und die [0042] In a simple embodiment, only the first pressure generating device 11 and the
zugeordnete Düsenanordnung 12 vorgesehen. Die aus dem Flüssigkeitsbehälter 7 geförderte Arbeitsflüssigkeit 8 wird mittels der Druckerzeugungseinrichtung 11 mit einem Systemdruck beaufschlagt, insbesondere mit Ultrahochdruck im Bereich von 100 MPa bis 700 MPa, bevorzugt zwischen 130 MPa und 600 MPa. In der Düsenanordnung 12 erfolgt die Bildung des Flüssigkeitsstrahls 13. associated nozzle arrangement 12 is provided. The working fluid 8 conveyed from the liquid container 7 is subjected to a system pressure by means of the pressure generating device 11, in particular to ultra-high pressure in the range from 100 MPa to 700 MPa, preferably between 130 MPa and 600 MPa. The liquid jet 13 is formed in the nozzle arrangement 12.
[0043] Alternativ dazu können mehrere Düsenanordnungen 12 an eine gemeinsame Druckerzeugungseinrichtung 11 angeschlossen sein. Zwischen der Druckerzeugungseinrichtung 11 und der jeweiligen Düsenanordnung 12 sind dann gegebenenfalls Hydraulikelemente zur Minderung des gemeinsamen Systemdrucks auf einen jeweiligen Arbeitsdruck angeordnet. [0043] Alternatively, several nozzle arrangements 12 can be connected to a common pressure generating device 11. Hydraulic elements for reducing the common system pressure to a respective working pressure are then optionally arranged between the pressure generating device 11 and the respective nozzle arrangement 12.
[0044] In der weitergebildeten Variante gemäß Fig. 1 ist der aus dem Speicherbehälter 9 geförderte Abrasivstoff 10 dem Flüssigkeitsstrahl 13 beigemengt. Die Beimengung erfolgt bevorzugt in der jeweiligen Düsenanordnung 12. [0044] In the further developed variant according to Fig. 1, the abrasive material 10 conveyed from the storage container 9 is added to the liquid jet 13. The addition preferably takes place in the respective nozzle arrangement 12.
[0045] Die jeweilige Druckerzeugungseinrichtung 11 und die zugeordnete Düsenanordnung 12 sind an der Unterseite des Fahrzeugrahmens 5 befestigt. Dabei ist die jeweilige Düsenanordnung 12 mittels einer zugeordneten Positioniereinrichtung 14 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 5 verstellbar. Die Positioniereinrichtung 14 umfasst Stellelemente und Antriebe, die auf relativ zueinander bewegbare Positionierelemente wie zum Beispiel Schlitten wirken. Die Verstellbarkeit ist zumindest quer zu einer Arbeitsrichtung 15 gegebenen. Weitere Verstellmöglichkeiten in Arbeitsrichtung 15, in Richtung des Gleises 4 sowie relativ zum Fahrzeugrahmen 5 ausführbare Schwenk- und Kippbewegungen sind bevorzugt möglich. [0045] The respective pressure generating device 11 and the associated nozzle arrangement 12 are attached to the underside of the vehicle frame 5. The respective nozzle arrangement 12 is adjustable relative to the vehicle frame 5 by means of an associated positioning device 14. The positioning device 14 comprises adjusting elements and drives which act on positioning elements such as slides which can be moved relative to one another. The adjustability is given at least transversely to a working direction 15. Further adjustment options in the working direction 15, in the direction of the track 4 and pivoting and tilting movements which can be carried out relative to the vehicle frame 5 are preferably possible.
[0046] Zur Ermöglichung der Relativbewegungen ist die jeweilige Düsenanordnung 12 über eine bewegliche Hochdruckleitung 16, insbesondere über einen Hochdruckschlauch, mit der Druckerzeugungseinrichtung 11 verbunden. Vorteilhafterweise ist eine finale Druckerzeugungsstufe der Druckerzeugungseinrichtung 11 einerseits mit der Düsenanordnung 12 fest verbunden und andererseits über die bewegliche Hochdruckleitung 16 an vorgeordnete Druckerzeugungsstufen der Druckerzeugungseinrichtung 11 angeschlossen. [0046] To enable the relative movements, the respective nozzle arrangement 12 is connected to the pressure generating device 11 via a movable high-pressure line 16, in particular via a high-pressure hose. Advantageously, a final pressure generating stage of the pressure generating device 11 is firmly connected to the nozzle arrangement 12 on the one hand and connected to upstream pressure generating stages of the pressure generating device 11 on the other hand via the movable high-pressure line 16.
[0047] Zur Ansteuerung der jeweiligen Düsenanordnung 12 ist eine Steuerungseinrichtung 17 angeordnet. Alternativ dazu sind mehrere Düsenanordnungen 12 mit einer gemeinsamen Steuerungseinrichtung 17 angesteuert. Erfindungsgemäß ist die jeweilige Steuerungseinrichtung 17 zur Veränderung zumindest eines Arbeitsparameters a, az, as, Au, As, An, D1, b2, Da, ba, bn, dı, d2, ds, da, ds, dh, V1, V2, Va, Va, V5, Vn, P1, P2, P3, Pa, Ps, Pn, Cı, U3, Us, An ZUF Anpassung des Flüssigkeitsstrahls 13 an einen vorgegebenen Materialabtrag 18 an einer Oberfläche 19 der Schiene 3 eingerichtet. [0047] A control device 17 is arranged to control the respective nozzle arrangement 12. Alternatively, several nozzle arrangements 12 are controlled with a common control device 17. According to the invention, the respective control device 17 is set up to change at least one working parameter a, az, as, Au, As, An, D1, b2, Da, ba, bn, dı, d2, ds, da, ds, dh, V1, V2, Va, Va, V5, Vn, P1, P2, P3, Pa, Ps, Pn, Cı, U3, Us, An ZUF to adapt the liquid jet 13 to a predetermined material removal 18 on a surface 19 of the rail 3.
[0048] Wesentlich gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist dabei die oberflächliche Abtragung des Schienenmaterials, wobei der zumindest eine Arbeitsparameter a; ... an das Ausmaß des Materialabtrags bestimmt. Dabei trifft der Flüssigkeitsstrahl 13 auf die Schiene 3 und löst in einem flächigen Wirkbereich Materialpartikel aus der Schienenoberfläche 19. Die Menge der herausgelösten Materialpartikel hängt im Wesentlichen von einer Auftreffgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls 13, einem Auftreffwinkel, von einer Einwirkdauer an der jeweiligen Stelle und vom beigemengten Abrasivstoff 10 ab. Die Beeinflussung dieser materialabtragenden Wirkung erfolgt durch Anpassung des zumindest einen Arbeitsparameters a; ... an. Bevorzugt werden mehrere Arbeitsparameter a: ... An angepasst, um den jeweiligen Materialabtrag 18 feiner skalieren zu können. [0048] The surface removal of the rail material is essential compared to the known prior art, with the at least one working parameter a; ... an determining the extent of the material removal. The liquid jet 13 hits the rail 3 and dissolves material particles from the rail surface 19 in a flat effective area. The amount of material particles dissolved depends essentially on an impact speed of the liquid jet 13, an impact angle, an exposure time at the respective location and the added abrasive 10. This material-removing effect is influenced by adjusting the at least one working parameter a; ... an. Preferably, several working parameters a: ... An are adjusted in order to be able to scale the respective material removal 18 more finely.
[0049] Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Düsenanordnung 12 zur präventiven Schienenbearbeitung mit fünf Düsen 20, die nebeneinander angeordnet sind. Dargestellt ist ein oberer Querschnittsbereich eines Schienenkopfes, auf dessen Oberfläche 19 die Düsen 20 mit annähernd gleichen vertikalen Abständen a1: ... as gerichtet sind. Alle Düsen 20 weisen hier dieselbe Form auf. Die beiden äußeren Düsen 20 sind nach innen geneigt. Die mittels der Düsen 20 erzeugten Flüssigkeitsstrahlen 13 weisen jeweils eine Symmetrielinie 21 auf. Horizontale Abstände sind zwischen den Schnittpunkten dieser Symmetrielinien 21 mit der Schienenoberfläche 19 angegeben. In XRichtung sind die Horizontalabstände b; ... b« beispielsweise annähernd gleich. Auch in Z-Rich-[0049] Fig. 2 shows an exemplary nozzle arrangement 12 for preventive rail processing with five nozzles 20 arranged next to one another. An upper cross-sectional area of a rail head is shown, on the surface 19 of which the nozzles 20 are directed at approximately equal vertical distances a1: ... as. All nozzles 20 have the same shape here. The two outer nozzles 20 are inclined inwards. The liquid jets 13 generated by the nozzles 20 each have a line of symmetry 21. Horizontal distances are indicated between the intersection points of these lines of symmetry 21 with the rail surface 19. In the X direction, the horizontal distances b; ... b« are, for example, approximately equal. In the Z direction too.
tung sind Abstände sinnvoll, damit die Flüssigkeitsstrahlen 13 nicht aufeinandertreffen und sich nicht gegenseitig beeinflussen. Die Neigung der jeweiligen Düse 20 wird mit einem Winkel a4 ... as zwischen einer Tangente der Schienenoberfläche 19 und der zugeordneten Symmetrielinie 21 eingestellt. Distances are useful for the arrangement so that the liquid jets 13 do not collide and do not influence each other. The inclination of the respective nozzle 20 is set with an angle a4 ... as between a tangent of the rail surface 19 and the associated line of symmetry 21.
[0050] Jede einzelne geometrische Größe a1 ... as, D1 ... Da, Q4 ... ds dieser Düsenanordnung 12 ist ein Arbeitsparameter, dessen Veränderung eine Anpassung des zugeordneten Flüssigkeitsstrahls 13 bewirkt. Weitere Arbeitsparameter sind ein jeweiliger Flüssigkeitsdruck p1 ... ps und ein jeweiliger Flüssigkeitsdurchfluss v; ... vs. Alle Arbeitsparameter a; ... an sind einzeln oder in Gruppierungen mittels der Steuerungseinrichtung 17 einstellbar, damit der mit den Flüssigkeitsstrahlen 13 bewirkten Materialabtrag 18 wie vorgegeben erfolgt. Zu diesem Zweck sind in einem Speicher der Steuerungseinrichtungen 17 tabellarische Werte und/oder Algorithmen hinterlegt, die eine Beziehung des jeweiligen Arbeitsparameters a: ... as zum bewirkten Materialabtrag 18 angeben. [0050] Each individual geometric size a1 ... as, D1 ... Da, Q4 ... ds of this nozzle arrangement 12 is a working parameter, the change of which causes an adjustment of the associated liquid jet 13. Further working parameters are a respective liquid pressure p1 ... ps and a respective liquid flow v; ... vs. All working parameters a; ... an can be set individually or in groups by means of the control device 17 so that the material removal 18 caused by the liquid jets 13 takes place as specified. For this purpose, tabular values and/or algorithms are stored in a memory of the control devices 17, which indicate a relationship between the respective working parameter a: ... as and the material removal 18 caused.
[0051] Im Diagramm direkt unter der gezeichneten Anordnung ist für jede Düse 20 die jeweilige materialabtragende Wirkung eingezeichnet. Die x-Achse verläuft in Schienenquerrichtung und gibt die Stellen der jeweiligen materialabtragenden Wirkung an. In Richtung der y-Achse ist das Ausmaß der jeweiligen materialabtragenden Wirkung ersichtlich. [0051] In the diagram directly below the arrangement shown, the respective material-removing effect is shown for each nozzle 20. The x-axis runs in the transverse direction of the rail and indicates the locations of the respective material-removing effect. The extent of the respective material-removing effect can be seen in the direction of the y-axis.
[0052] Weil sich die Flüssigkeitsstrahlen 13 in Arbeitsrichtung 15, hier in Z-Richtung gesehen überlappen, ergibt sich eine Superposition der jeweiligen materialabtragenden Wirkung, wie im darunter dargestellten Diagramm ersichtlich. Der sich ergebende Verlauf zeigt den tatsächlichen Materialabtrag 18 über die Breite des Schienenkopfes hinweg. Durch die eingestellten Arbeitsparameter a; ... as wird ein annähernd gleichmäßiger flächiger Materialabtrag 18 erzielt. [0052] Because the liquid jets 13 overlap in the working direction 15, here in the Z direction, a superposition of the respective material-removing effect results, as can be seen in the diagram below. The resulting curve shows the actual material removal 18 across the width of the rail head. The set working parameters a; ... as achieve an almost uniform surface material removal 18.
[0053] Die Düsenanordnung 12 in Fig. 3 ist mittels der Steuerungseinrichtung 17 für eine Reprofilierung der Schiene 3 eingestellt. Hier sind alle Düsen 20 in X-Richtung mit annähernd gleichen Horizontalabständen b; ... ba4 zueinander angeordnet, wobei auch unterschiedliche Horizontalabstände bı; ... ba sinnvoll sein können. Bevorzugt sind die Düsen 20 in Z-Richtung versetzt angeordnet, sodass sich die Flüssigkeitsstrahlen 13 nicht gegenseitig beeinflussen und trotzdem überlagerte Wirkbereiche aufweisen. Die Vertikalabstände a; ... as zwischen den Düsen 20 und der Schienenoberfläche 19 weichen voneinander ab. Dadurch und durch unterschiedliche Düsenformen sowie durch unterschiedliche Düsendurchmesser d}+ı ... ds ergeben sich unterschiedliche Flüssigkeitsstrahlen 13 mit jeweils eigener Wirkung. Zudem sind für jede Düse 20 ein eigener Flüssigkeitsdruck p+ ... ps und ein eigener Flüssigkeitsdurchfluss v; ... vs eingestellt. [0053] The nozzle arrangement 12 in Fig. 3 is set by means of the control device 17 for reprofiling the rail 3. Here, all nozzles 20 are arranged in the X direction with approximately equal horizontal distances b; ... ba4 from one another, although different horizontal distances bı; ... ba can also be useful. The nozzles 20 are preferably arranged offset in the Z direction so that the liquid jets 13 do not influence one another and still have overlapping effective areas. The vertical distances a; ... as between the nozzles 20 and the rail surface 19 differ from one another. This and different nozzle shapes and different nozzle diameters d}+ı ... ds result in different liquid jets 13, each with its own effect. In addition, a separate liquid pressure p+ ... ps and a separate liquid flow v; ... vs are set for each nozzle 20.
[0054] Unter der dargestellten Anordnung sind die Diagramme wie in Fig. 2 angegeben. Die jeweiligen materialabtragenden Wirkungen der Düsen 20 im oberen Diagramm weisen starke Unterschiede auf. Durch Superposition ergibt sich der im unteren Diagramm dargestellt Verlauf des Materialabtrags 18 in Schienenquerrichtung. Im gezeigten Fall ist der Materialabtrag 18 in den Randzonen größer, damit sich das gewünschte Schienenprofil ergibt. [0054] Under the arrangement shown, the diagrams are as shown in Fig. 2. The respective material-removing effects of the nozzles 20 in the upper diagram show strong differences. Superposition results in the course of the material removal 18 in the transverse direction of the rail shown in the lower diagram. In the case shown, the material removal 18 is greater in the edge zones so that the desired rail profile is obtained.
[0055] Der in Fig. 4 dargestellt Arbeitsablauf betrifft insbesondere eine Reprofilierung der Schiene 3, wobei die in Fig. 1 dargestellten Komponenten des Systems 2 zur Anwendung kommen. In Arbeitsrichtung 15 ist vor den Düsenanordnungen 12 eine erste Messvorrichtungen 22 zur Erfassung des Schienenprofils angeordnet. Zwischen den Düsenanordnungen 12 ist eine zweite Messvorrichtung 22 für eine Zwischenmessung angeordnet und am hinteren Ende des Schienenfahrzeugs 1 befindet sich eine Nachmessvorrichtung 23. Des Weiteren ist eine Schleifvorrichtung 24 zur Optimierung des mittels der Düsenanordnungen 12 erzielten Ergebnissens angeordnet. Bevorzugt kommt ein oszillierendes Schleifaggregat zum Einsatz, das mit sehr geringem Abtrag etwaige Oberflächenrillen entfernt. [0055] The work sequence shown in Fig. 4 relates in particular to reprofiling the rail 3, whereby the components of the system 2 shown in Fig. 1 are used. In the working direction 15, a first measuring device 22 for detecting the rail profile is arranged in front of the nozzle arrangements 12. A second measuring device 22 for an intermediate measurement is arranged between the nozzle arrangements 12 and a follow-up measuring device 23 is located at the rear end of the rail vehicle 1. Furthermore, a grinding device 24 is arranged to optimize the results achieved by means of the nozzle arrangements 12. An oscillating grinding unit is preferably used, which removes any surface grooves with very little removal.
[0056] Die jeweilige Vermessung des Schienenquerprofils erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe von Lichtschnittsensoren. Dabei wird mit Hilfe zumindest eines Lasers eine Lichtlinie entlang des Schienenquerprofils projiziert. Diese Lichtlinie wird mittels zumindest einer Hochleistungskamera aufgenommen und in einer Recheneinheit in 2D-Koordinaten umgerechnet. Die Verarbeitung und Visualisierung der Messdaten erfolgen in Echtzeit. [0056] The respective measurement of the rail cross-section is advantageously carried out with the aid of light section sensors. A line of light is projected along the rail cross-section with the aid of at least one laser. This line of light is recorded by at least one high-performance camera and converted into 2D coordinates in a computing unit. The processing and visualization of the measurement data takes place in real time.
[0057] Eine mittels der ersten Messvorrichtung 22 durchgeführte Vormessung 25 liefert Messda-[0057] A preliminary measurement 25 carried out by means of the first measuring device 22 provides measurement data
ten eines Ist-Profils 26 der Schiene 3. Diese Messdaten werden in Echtzeit einer Auswerteeinrichtung 27 zugeführt. of an actual profile 26 of the rail 3. These measurement data are fed in real time to an evaluation device 27.
[0058] Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt ein rechnerischer Vergleich 28 des Ist-Profils 26 mit dem Soll-Profil 29 mittels einer Recheneinheit der Auswerteinrichtung 27 oder mit einer gekoppelten Recheneinrichtung. Dazu ist das Soll-Profil 29 in einer Speichereinrichtung 30 der Auswerteinrichtung 27 hinterlegten. Auf Basis der errechneten Vergleichsdaten wird eine Materialabtragungsberechnung 31 zur Festlegung des erforderlichen Materialabtrags 18 durchgeführt. Mit diesen Auswertungsdaten erfolgt in der Auswerteeinrichtung 27 oder bevorzugt in der mit dieser gekoppelten Steuerungseinrichtung 17 die Parameterfestlegung 32 zur Anpassung des jeweiligen Flüssigkeitsstrahls 13 an den vorgegebenen Materialabtrag 18. [0058] In the next method step, a computational comparison 28 of the actual profile 26 with the target profile 29 is carried out by means of a computing unit of the evaluation device 27 or with a coupled computing device. For this purpose, the target profile 29 is stored in a storage device 30 of the evaluation device 27. On the basis of the calculated comparison data, a material removal calculation 31 is carried out to determine the required material removal 18. With these evaluation data, the parameter determination 32 for adapting the respective liquid jet 13 to the specified material removal 18 takes place in the evaluation device 27 or preferably in the control device 17 coupled to it.
[0059] In einer Weiterbildung wird als Basis für die Schienenbearbeitung auch eine Längsprofilmessung der Schiene 3 durchgeführt. Diese Längsprofilmessung zielt einerseits auf die Erfassung von periodischen Profilabweichungen wie zum Beispiel Riffeln oder Schlupfwellen ab und dient anderseits der Erfassung von singulären Längsprofilabweichungen wie zum Beispiel Schweißstößen mit einer Uberhöhung oder einer Eindellung. [0059] In a further development, a longitudinal profile measurement of the rail 3 is also carried out as a basis for the rail processing. This longitudinal profile measurement is aimed on the one hand at detecting periodic profile deviations such as corrugations or slip waves and on the other hand serves to detect singular longitudinal profile deviations such as weld joints with an elevation or a dent.
[0060] Beginnend bei der Vormessung 25 bis zur Parameterfestlegung 32 und Ansteuerung erfolgt ein sich laufend wiederholender Durchlauf der Verfahrensschritte, während das Schienenfahrzeug 1 in Arbeitsrichtung 15 vorwärtsfährt. Bei vorhandener zweiter Messvorrichtung 22 sowie zweiter Düsenanordnung 12 erfolgt bei jedem Durchlauf zudem eine Zwischenmessung mit darauffolgender Parameterfestlegung 32 für die zweite Düsenanordnung 12. Abschließend erfolgt eine Nachmessung 33 mittels der Nachmessvorrichtung 23. [0060] Starting with the preliminary measurement 25 up to the parameter setting 32 and control, a continuously repeated run through of the process steps takes place while the rail vehicle 1 moves forward in the working direction 15. If a second measuring device 22 and a second nozzle arrangement 12 are present, an intermediate measurement is also carried out with subsequent parameter setting 32 for the second nozzle arrangement 12 during each run. Finally, a final measurement 33 is carried out using the final measuring device 23.
Claims (15)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ATA50188/2024A AT527146B1 (en) | 2024-03-05 | 2024-03-05 | System and method for machining a rail using a liquid jet |
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CN115162076A (en) * | 2022-06-23 | 2022-10-11 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Rail car and method for intelligent rail measurement and high-pressure water jet integrated grinding |
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2024
- 2024-03-05 AT ATA50188/2024A patent/AT527146B1/en active
Patent Citations (2)
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CN114575205A (en) * | 2022-04-28 | 2022-06-03 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Water jet steel rail profile intelligent polishing system based on image data processing |
CN115162076A (en) * | 2022-06-23 | 2022-10-11 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Rail car and method for intelligent rail measurement and high-pressure water jet integrated grinding |
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