EP1490190B1 - Übergangsschiene sowie verfahren zur herstellung dieser übergangsschiene - Google Patents

Übergangsschiene sowie verfahren zur herstellung dieser übergangsschiene Download PDF

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EP1490190B1
EP1490190B1 EP03714526A EP03714526A EP1490190B1 EP 1490190 B1 EP1490190 B1 EP 1490190B1 EP 03714526 A EP03714526 A EP 03714526A EP 03714526 A EP03714526 A EP 03714526A EP 1490190 B1 EP1490190 B1 EP 1490190B1
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EP
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rail
transition
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foot
height
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EP03714526A
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Helmut Jäger
Wolfgang HÖLZL
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Voestalpine Turnout Technology Zeltweg GmbH
Voestalpine Railway Systems GmbH
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Voestalpine VAE GmbH
Voestalpine Weichensysteme GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K7/00Making railway appurtenances; Making vehicle parts
    • B21K7/02Making railway appurtenances; Making vehicle parts parts for permanent way
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B11/00Rail joints
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B11/00Rail joints
    • E01B11/02Dismountable rail joints
    • E01B11/16Fishplates for joining rails of different sections

Definitions

  • the invention relates to a transition rail for the connection of rails with mutually different rail cross section and to a method for producing such a transition rail.
  • the transition piece is formed so that all parameters to be changed are changed substantially simultaneously and over the same length of the transition rail piece both an adjustment of the height of the web and the rail foot was made.
  • a transition from one rail profile to the other rail profile should be ensured here on the shortest possible length.
  • the EP 1 013 826 is still based on the conviction that in the area of the transition from a rail profile to another rail profile a substantially continuous geometry is to be achieved, with appropriate adjustments in a connection-side end should be made.
  • a transition rail has become known over the entire length of which the rail foot width is adapted from a first connected rail with a wider rail foot to a further connected rail with a narrower rail foot.
  • a transition region is provided, in which the transition from the larger rail profile height of one rail to the lower rail profile height of the other rail takes place.
  • transition rail From DE-C-617 016 a transition rail has become known, wherein the web of the lighter profile is split to accommodate the height dimensions, and spatially separated therefrom, the foot and head width of the stronger profile is reduced to adjust the width dimensions.
  • the invention now aims to provide a transition rail of the type mentioned, with which it is possible to connect rails with mutually different rail sections and rail profiles with each other, which also allows higher wheel loads without local overload and voltage peaks and therefore formed to a greater extent unbreakable is as previously known transition rails.
  • the transition rail on two transition areas wherein in a first transition region, only the cross-sectional profile with the greater height is transformed into a lower profile height and processed in the subsequent second, the lower profile height, transition region only the rail in adaptation to the new profile of the subsequent rail foot.
  • the invention thus proposes to separately make the necessary adjustments in spatially separated transition areas and to reduce only the profile height in a first sub-area and only in a spatially separate further sub-range to adapt the rail to the new profile.
  • a reduction in the profile height as is done in a particularly simple manner by upsetting or pressing, has naturally results in other dimensions and in particular the width of the foot increasing with corresponding lateral pressing force to the web in this subregion.
  • a further preferred embodiment results when the second transition region, which already has the lower profile height and whose rail foot is machined in adaptation to the new profile of the adjoining rail foot, is arranged closer to the free end of the transition rail than the first transition region.
  • the second, only mechanically machined transition region of the weld is closer, stress concentrations, as in the first case, by deformation formed transition area, occur, can be kept away from the weld.
  • the inventive method for producing such a transition rail is essentially characterized in that the transition rail is first heated and introduced into a mold, whereupon the rail is deformed in the web area and pressed in the profile height direction and that is mechanically processed after the complete transformation of the rail ,
  • the fact that in a first process step after heating only a pressing, it is possible to deform the transition rail to the desired profile height, thereby bringing the web width is brought to the desired level or on the desired that a mold is used Measurements can be kept. Only after such a complete transformation, which naturally extends over a certain axial length of the transition rail, the second adjustment is made, with subsequently the rail foot is machined.
  • the rail foot is subsequently machined, whereby it is simultaneously possible to make the transition from a wider to a narrower rail foot with a corresponding rounding while maintaining defined radii.
  • the training is such that the transition region of the rail foot, in which the width of the rail foot increases or decreases, rounded in plan view, whereby the risk of cracks in this transition region is further reduced.
  • the invention makes it possible to form corresponding transition rail pieces separately from both rails, wherein such a transition piece can be connected in a particularly simple manner by means of flash butt welding with a connecting rail piece with the changed rail profile, so that in the sequence of installation in the track is further simplified and further welding operations no longer affect the area of the transition rail.
  • Fig.1 a side view of a rail track with built transition piece
  • Fig.2 a plan view of the illustration after Fig.1, Fig.3 a section along the line III / III of Fig.1, Fig.4 a section along the line IV / IV of Fig.1 and Fig.5 a section along the line V / V of Fig.1 ,
  • Fig.1 1 denotes a transition rail, which, starting from a standard rail profile 2, enables a transition to a further rail profile 3.
  • the transition rail 1 is connected to the control rail with a modified profile height 3 by means of welding, wherein the corresponding weld is denoted by 4.
  • the area b is in the training after Fig.1 and 2 formed as a substantially neutral area in which the rail foot has not yet been processed in its width and only the profile height has been adapted by Umschmieden or pressing to the new conditions.
  • this forging or pressing operation in which, as can be seen in particular from the cross sections of the 3, 4 and 5 results, at the same time pressing forces in the height direction and transverse to the bridge are used.
  • Figure 3 is the final connection profile with the changed rail height and the changed web width, which corresponds to the rail section 3, can be seen.
  • This the section according to line III / III of the Fig.1 corresponding profile shape thus corresponds to the profile which can be welded to the transition rail.
  • the section IV / IV was laid, which in Figure 4 is shown.
  • the output profile according to the rail 2 is characterized by much wider rail webs and larger profile height. This initial profile corresponds to the section on the line V / V and is in Figure 5 seen.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Übergangsschiene für die Verbindung von Schienen mit voneinander verschiedenem Schienenquerschnitt sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Übergangsschiene.
  • Im modernen Eisenbahnverkehr kommen immer höhere Achslasten zum Einsatz, sodass Belastungsgrenzbereiche des laufenden Gleises leicht überschritten werden können. Insbesondere in Bereichen oder Schienenabschnitten, bei welchen die rollende Last sich von einem Schienenprofil auf ein anderes Schienenprofil bewegt, kommt es im Übergangsbereich zu besonders hohen Belastungen. Derartige Übergangsbereiche sind nicht nur im Weichenbereich und insbesondere beim Übergang von Regelschienen auf Federzungen bekannt. Dickstegige unsymmetrische Schienenprofile, wie sie beispielsweise bei den bekannten Federzungen- und Federschienenweichen für Eisenbahnen eingesetzt werden, müssen an Schienenprofile mit größerer Höhe angeschlossen werden. Bei Sanierungsarbeiten an Gleiskörpern kann es aber auch vorkommen, dass ältere Schienenprofile an modernere Schienenprofile angepasst werden müssen, wobei sich derartige unterschiedliche Schienenprofile nicht nur in ihrer Höhe sondern auch in der Breite ihres Fußes voneinander unterscheiden.
  • Bei den bekannten Maßnahmen zur Herstellung derartiger Übergangsstücke bzw. Übergangsschienen wurde beispielsweise in der DE 828 792 C vorgeschlagen, unsymmetrische dickstegige Schienenprofile in Schienenprofile von größerer Höhe umzuschmieden, wobei bei diesem bekannten Verfahren die asymmetrischen dickstegigen Schienenprofile ohne wesentliche Vergrößerung der Profilhöhe in ein zumindest angenähert symmetrisches Profil umgeschmiedet wurden und in der Folge die Profilhöhe durch Verformung des Steges durchgeführt wurde.
  • Ebenso wie bei der DE 33 33 700 C wird hier aber das Übergangsstück so ausgebildet, dass sämtliche zu ändernde Parameter im wesentlichen gleichzeitig verändert werden und über die gleiche Länge des Übergangsschienenstückes sowohl eine Anpassung der Höhe des Steges als auch des Schienenfußes vorgenommen wurde. Mit geschmiedeten Formstücken sollte hier auf möglichst kurzer Länge ein Übergang von einem Schienenprofil in das andere Schienenprofil gewährleistet werden.
  • Auch die EP 1 013 826 geht noch von der Überzeugung aus, dass im Bereich des Überganges von einem Schienenprofil auf ein weiteres Schienenprofil ein im wesentlichen stetiger Geometrieverlauf erzielt werden soll, wobei entsprechende Anpassungen in einem anschlussseitigen Endbereich vorgenommen werden sollen.
  • Aus der US-A-2209725 ist eine Übergangsschiene bekannt geworden, über deren gesamte Länge eine Anpassung der Schienenfußbreite von einer ersten angeschlossenen Schiene mit breiterem Schienenfuß an eine weitere angeschlossene Schiene mit einem schmäleren Schienenfuß erfolgt. In der Mitte der Übergangsschiene ist ein Übergangsbereich vorgesehen, in welchem der Übergang von der größeren Schienenprofilhöhe der einen Schiene auf die geringere Schienenprofilhöhe der anderen Schiene erfolgt.
  • Aus der DE-C-617 016 ist eine Übergangsschiene bekannt geworden, wobei zur Anpassung der Höhenabmessungen der Steg des leichteren Profils aufgespalten wird, und räumlich hiervon getrennt, zur Anpassung der Breitenabmessungen die Fuß- und Kopfbreite des stärkeren Profils vermindert wird.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Übergangsschiene der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es möglich ist, Schienen mit voneinander verschiedenen Schienenquerschnitten und Schienenprofilen miteinander zu verbinden, welche auch höheren Radlasten ohne lokale Überbelastung und Spannungsspitzen zulässt und daher in höherem Maße bruchfest ausgebildet ist als bisher bekannte Übergangsschienen. Zur Lösung dieser Aufgabe weist dass die Übergangsschiene zwei Übergangsbereiche auf, wobei in einem ersten Übergangsbereich lediglich das Querschnittsprofil mit der größeren Höhe in eine geringere Profilhöhe übergehend umgeformt ist und im nachfolgenden zweiten, die geringere Profilhöhe aufweisenden, Übergangsbereich lediglich der Schienenfuß in Anpassung an das neue Profil des anschließenden Schienenfußes bearbeitet ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird erfindungsgemäß somit vorgeschlagen, die erforderlichen Anpassungen in räumlich voneinander getrennten Übergangsbereichen gesondert vorzunehmen und in einem ersten Teilbereich lediglich die Profilhöhe zu verringern und erst in einem räumlich getrennten weiteren Teilbereich den Schienenfuß an das neue Profil anzupassen. Eine Verringerung der Profilhöhe, wie sie in besonders einfacher Weise durch Stauchen bzw. Pressen erfolgt, hat naturgemäß zur Folge, dass andere Dimensionen und insbesondere die Breite des Fußes bei entsprechender seitlicher Presskraft an den Steg in diesem Teilbereich zunimmt. Dadurch, dass nicht gleichzeitig in derartigen sich ändernden Teilbereichen weitere Verfahrensschritte bzw. Formanpassungsschritte vorgenommen werden, hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass Spannungsspitzen, wie sie bei Ausbildungen, bei welchen eine Höhen- und Fußbreitenprofiländerung im selben Querschnitt erfolgt, nicht mehr auftreten und dass daher insgesamt die Bruchfestigkeit einer derartigen Übergangsschiene auch bei extremen Achslasten wesentlich verbessert werden kann. Dieses überraschende Ergebnis konnte in der Folge in einem rechnerischen Modell, bei welchem eine Spannungsermittlung durch ein Finite Elemente Modell entsprechend modelliert wurde, überprüft werden. In diesem rechnerischen Modell wurde die auftretende Achskraft als Flächenpressung eingeleitet und es konnte gezeigt werden, dass die bei bekannten Ausbildungen ersichtlichen deutlichen Spannungsspitzen nicht mehr auftreten. Zwischen den beiden gesondert voneinander an die jeweils neue Geometrie angepassten Teilbereiche kann bevorzugt auch ein neutraler Zwischenbereich, das heißt ein Bereich mit gleichbleibender Querschnittsform, vorgesehen werden, sodass zwischen den beiden Verformungszonen eine weitere Reduzierung der Spannungskonzentration erreicht werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausbildung ergibt sich, wenn der zweite Übergangsbereich, welcher bereits die geringere Profilhöhe aufweist und dessen Schienenfuß in Anpassung an das neue Profil des anschließenden Schienenfuß bearbeitet ist, dem freien Ende der Übergangsschiene näher angeordnet ist als der erste Übergangsbereich. An dem freien Ende der Übergangsschiene erfolgt die Verschweißung mit der die geringere Profilhöhe und den geänderten Schienenfuß aufweisende Anschlußschiene, wobei dadurch, dass der zweite, lediglich mechanisch bearbeitete Übergangsbereich der Schweißstelle näher angeordnet ist, Spannungskonzentrationen, wie sie unter Umständen im ersten, durch Umformung gebildeten Übergangsbereich, auftreten, von der Schweißstelle ferngehalten werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Übergangsschiene ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschiene zunächst erwärmt und in eine Pressform eingebracht wird, worauf die Schiene im Stegbereich umgeformt und in der Profilhöhenrichtung gepresst wird und dass anschließend an die vollständige Umformung der Schienenfuß mechanisch bearbeitet wird. Dadurch, dass in einem ersten Verfahrensschritt nach einem Erwärmen lediglich eine Pressung erfolgt, gelingt es, die Übergangsschiene auf die gewünschte Profilhöhe zu verformen, wobei dadurch, dass eine Pressform zum Einsatz gelangt, auch die Stegbreite auf das gewünschte Maß gebracht bzw. auf dem gewünschten Maß gehalten werden kann. Erst im Anschluss an eine derartige vollständige Umformung, welche sich naturgemäß über eine bestimmte axiale Länge der Übergangsschiene erstreckt, wird die zweite Anpassung vorgenommen, wobei anschließend der Schienenfuß mechanisch bearbeitet wird. In vorteilhafter Weise wird hierbei der Schienenfuß anschließend spanabhebend bearbeitet, wodurch es gleichzeitig gelingt, den Übergang von einem breiteren auf einen schmäleren Schienenfuß mit einer entsprechenden Verrundung unter Einhaltung von definierten Radien vorzunehmen. Mit Vorteil ist hierbei die Ausbildung so getroffen, dass der Übergangsbereich des Schienenfußes, in welchem die Breite des Schienenfußes zu- oder abnimmt, in der Draufsicht verrundet ausgebildet ist, wodurch die Gefahr von Rissen in diesem Übergangsbereich weiter herabgesetzt wird.
  • Die Erfindung erlaubt es, entsprechende Übergangsschienenstücke gesondert von beiden Schienen auszubilden, wobei ein derartiges Übergangsstück werkseitig in besonders einfacher Weise mittels Abbrennstumpfschweißens mit einem Anschlussschienenstück mit dem geänderten Schienenprofil verbunden werden kann, sodass in der Folge der Einbau in das Geleise weiter vereinfacht wird und weitere Schweißvorgänge den Bereich der Übergangsschiene in keiner Weise mehr beeinträchtigen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine Seitenansicht auf einen Schienenverlauf mit eingebautem Übergangsstück, Fig.2 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig.1, Fig.3 einen Schnitt nach der Linie III/III der Fig.1, Fig.4 eine Schnitt nach der Linie IV/IV der Fig.1 und Fig.5 einen Schnitt nach der Linie V/V der Fig.1.
  • In Fig.1 ist mit 1 eine Übergangsschiene bezeichnet, welche ausgehend von einem Regelschienenprofil 2 einen Übergang zu einem weiteren Schienenprofil 3 ermöglicht. Die Übergangsschiene 1 ist mit der Regelschiene mit geänderter Profilhöhe 3 mittels Schweißen verbunden, wobei die entsprechende Schweißnaht mit 4 bezeichnet ist. Der Übergangsschienenbereich 1 weist Abschnitte a, b und c auf, wobei der Abschnitt a bereits auf geringere Profilhöhe gepresst wurde und lediglich im Schienenfußbereich bearbeitet wurde. Wie insbesondere aus Fig.2 ersichtlich, erfolgt diese Bearbeitung durch spanabhebendes Bearbeiten des Schienenfußes mit einem Verrundungsradius r = 120 - 150. Der Bereich b ist bei der Ausbildung nach Fig.1 und 2 als im wesentlichen neutraler Bereich ausgebildet, bei welchem der Schienenfuß in seiner Breite noch nicht bearbeitet wurde und lediglich die Profilhöhe durch Umschmieden bzw. Pressen an die neuen Gegebenheiten angepaßt wurde. Im der Regelschiene 2 benachbarten ersten Teilbereich c der Übergangsschiene erfolgt dieser Schmiede- bzw. Pressvorgang, bei welchem, wie sich insbesondere aus den Querschnitten nach den Fig.3, 4 und 5 ergibt, gleichzeitig Presskräfte in Höhenrichtung und quer zum Steg zum Einsatz gelangen.
  • In Fig.3 ist das endgültige Anschlussprofil mit der geänderten Schienenhöhe und der geänderten Stegbreite, welches dem Schienenabschnitt 3 entspricht, ersichtlich. Diese dem Schnitt nach Linie III/III der Fig.1 entsprechende Profilform entspricht somit dem Profil, welches mit der Übergangsschiene verschweißt werden kann. Im Bereich der Übergangsschiene selbst wurde der Schnitt IV/IV gelegt, welcher in Fig.4 dargestellt ist. Bei dieser Darstellung ist ersichtlich, dass lediglich der Schienenfuß von seiner Sollbreite verschieden ist und in der Folge noch auf die Sollbreite spanabhebend abgenommen werden muss. Das Ausgangsprofil entsprechend der Schiene 2 zeichnet sich durch wesentlich breitere Schienenstege und größere Profilhöhe aus. Dieses Ausgangsprofil entspricht dem Schnitt nach der Linie V/V und ist in Fig.5 ersichtlich. Beim Vergleich der Profile nach Fig.3, 4 und 5 ist unmittelbar ersichtlich, dass das Kopfprofil im Bereich der Übergangsschiene und zwischen den beiden miteinander verbundenen Schienen keinerlei Veränderungen erfährt. Der Steg ist beim Übergang von der Schiene 2 auf die Schiene 3 geringfügig schmäler geworden, woraus ersichtlich ist, dass im Zusammenhang mit der Verformung der Schiene mit dem Profil nach Fig.5 in eine Schiene mit dem Profil nach Fig.4 nicht nur Kräfte in Höhenrichtung zur Stauchung der Profilhöhe sondern gleichzeitig auch seitliche Presskräfte aufgewandt wurden, um die Stegbreite entsprechend zu begrenzen. Bei einem derartigen Verformungsschritt ändert sich naturgemäß der Bereich des Schienenfußes und die endgültige Bearbeitung des Schienenfußes erfolgt in einem Teilbereich der Länge der Übergangsschiene, bei welchem die Schrniedeverformung bzw. die Pressverformung bereits abgeschlossen ist, und im Anschluss an einen derartigen Teilbereich.

Claims (6)

  1. Übergangsschiene für die Verbindung von Schienen mit voneinander verschiedenem Schienenquerschnitt, wobei die Übergangsschiene (1) zwei Übergangsbereiche (a,c) aufweist, in einem ersten Übergangsbereich (c) lediglich das Querschnittsprofil mit der größeren Höhe in eine geringere Profilhöhe übergehend umgeformt ist und im nachfolgenden zweiten, die geringere Profilhöhe aufweisenden, Übergangsbereich (a) lediglich der Schienenfuß in Anpassung an das neue Profil des anschließenden Schienenfußes bearbeitet ist.
  2. Übergangsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übergangsbereich (a) dem freien Ende der Übergangsschiene (1) näher angeordnet ist als der erste Übergangsbereich (c).
  3. Übergangsschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten (c) und dem zweiten Übergangsbereich (a) ein Bereich (b) mit gleichbleibender Querschnittsform angeordnet ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Übergangsschiene nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschiene zunächst erwärmt und in eine Pressform eingebracht wird, worauf die Schiene im Stegbereich umgeformt und in der Profilhöhenrichtung gepresst wird und dass anschließend an die vollständige Umformung der Schienenfuß mechanisch bearbeitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenfuß spanabhebend bearbeitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übergangsbereich des Schienenfußes, in welchem die Breite des Schienenfußes abnimmt, in der Draufsicht verrundet ausgebildet ist.
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