Multi-response Optimization of End Milling Parameters for ...
High Performance Milling: Mobiles Schienenfräsen der ......Abb. 5: Die mobile...
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61 EI | MAI 2019 BAUMASCHINEN Konstant wachsende Fahrgastzahlen führen bei vielen Metrobetreibern zu einer konti- nuierlichen Verringerung der Taktzeiten der Züge, in Folge führt dies zu einer zunehmen- den Belastung des Schienennetzes. Konven- tionelle Schieneninstandhaltungskonzepte stoßen in diesem Fall zusehends an ihre Grenzen. Demzufolge sucht die Metropole New York nachhaltige Alternativen zu her- kömmlichen Instandhaltungskonzepten. Speziell für die Anwendung in Metrotunneln entwickelte die Firma Linsinger die mobile Hochleistungsfräsmaschine MG11, die sich für den Einsatz in engsten Lichtraumprofi- len hervorragend eignet. Die Fräsmaschi- ne verfügt über die seit Jahren bewährte Hochleistungsfrästechnologie, kombiniert mit neuen, innovativen Ansätzen. Die MG11 trägt so entscheidend zur Verlängerung der Schienenlebensdauer bei und kann die Life- cyclecosts erheblich reduzieren. Anforderungen der Metros In den Metros steigen permanent die Fahr- gastzahlen. Um diesem stetig wachsenden Be- darf gerecht zu werden, müssen die Taktzeiten immer kürzer werden, was zu einem erhöhten Verschleiß am Gleiskörper führt. Die daraus resultierende Mehrbelastung der Schienen verursacht Fehlererscheinungen wie Schlupf- wellen, Riffel, Squats / Studs, plastische Ver- formungen des Schienenkopfes sowie Head Checks. Wartungsarbeiten am Gleiskörper sind daher so zu gestalten, dass es zu keiner- lei Einschränkungen für die Fahrgäste kommt. Speziell lange Sperrzeiten, Verschmutzungen sowie Geruchsbelästigungen in Tunneln nach Instandhaltungsarbeiten bilden dabei die Hauptproblemfaktoren. Strategien zur Instandhaltung Um die Schienenschädigung und Geräusch- entwicklung in den Griff zu bekommen bzw. unter Kontrolle zu haben, stehen dem Infra- strukturbesitzer verschiedene optimierte und angepasste Instandhaltungskonzepte zur Ver- fügung. Eine präventive Instandhaltungsstrategie zielt darauf ab, Schädigung kurz nach der Entste- hung mit geringem Materialabtrag zu entfer- nen und so die Schienenoberfläche in einem nahezu schädigungsfreien Zustand zu halten. Hierzu ist es nötig, den Schädigungszustand der Schienen messtechnisch erfassen zu kön- nen. Steht eine solche messtechnische Beurteilung des Schädigungszustandes jedoch nicht zur Verfügung, kann eine Abwandlung des prä- ventiven Ansatzes angewendet werden – die zyklische Instandhaltungsstrategie. Hier wird die Instandhaltung nicht aufgrund des tat- sächlichen Schädigungszustandes, sondern basierend auf betrieblichen Erfahrungswerten bezüglich Schädigung und /oder Verschleiß in einem festgelegten Zeit- oder Lastintervall durchgeführt. Für Fehler mit mittlerer bis hoher Fehlertiefe eignet sich eine korrektive Instandhaltungs- strategie. Sobald die korrektive Instandhal- tungsschwelle bezüglich der Fehlertiefe er- reicht ist, muss die Schiene instandgehalten oder getauscht werden. Die Lage dieser Ein- griffsschwelle hängt von sicherheitsrelevanten Vorgaben und den lokalen Wartungsmöglich- keiten ab. Eine regenerative Instandhaltungsstrategie stellt eine neue Erweiterung der korrektiven Strategie dar. Dabei wird, beinahe unabhän- gig vom Ausgangszustand (Schädigung, Verschleiß), die Oberfläche der Schiene scho- nend regeneriert (Einstellung eines Neuzu- standes). Darüber hinaus wird auch vermie- den, neuen Störstellen bzw. Ausgangspunkte für Schädigung in die Schienenoberfläche einzubringen. Da aufgrund der zuvor beschriebenen Umstän- de (höhere Belastungen, dichte Zugfrequenz) Schienenfehler innerhalb kürzester Zeit signifi- kante Tiefen erreichen können und da anderer- seits die Zeitfenster zur Instandhaltung immer kürzer werden, sind Infrastrukturbesitzer immer öfter gezwungen, von den bisher angewandten und bewährten Strategien abzuweichen. Mit der Hochleistungsfrästechnologie ist eine flexible und zuverlässige Instandhaltungstechnologie zur Hand, die sämtliche Instandhaltungsstrate- gien inklusive der regenerativen Strategie abde- cken kann. Hochleistungsfräsen mit der MG11 Mit der mobilen Hochleistungsfräsmaschine MG11 ist es erstmals möglich, die Techno- logie des Schienenfräsens in engsten Licht- raumprofilen einzusetzen. Mit dem Hochleis- tungsfräsen kann mittels Umfangsfräsen das Schienenprofil innerhalb engster Toleranzen wiederhergestellt werden. Das Beseitigen der Oberflächenfehler kann in einer Überfahrt er- folgen und die gesammelten Späne werden nach der Bearbeitungsschicht recycelt. Da es sich beim Hochleistungsfräsen um eine staub- freie Bearbeitung handelt, sind nach der Re- profilierung keine Reinigungsarbeiten nötig. Gerade in Metrotunneln ist dies ein entschei- dender Vorteil, da aufwendige und kostenin- tensive Nacharbeiten entfallen. Mit der mobilen Hochleistungsfräsmaschine ist es möglich, die Bearbeitungstiefe variabel von 0,1 mm bis 1,2 mm einzustellen. Dadurch wird individuell auf Schienenfehler einge- gangen und ein unnötiger Materialabtrag am Schienenkopf kann vermieden werden. Da bei der Metro in New York weite Teile oberirdisch als Hochbahn geführt werden, sind erhöhte Lärmemissionen nach der Instandhaltung ein besonders kritisches Thema. Durch den Po- liervorgang nach dem Fräsvorgang ist es aber möglich, die Geräuschentwicklung der Züge deutlich zu minimieren und künftige Schie- nenfehler zu vermeiden. Die mobile Hochleistungsfräsmaschine MG11 wurde speziell für den Einsatz im innerstäd- tischen Betrieb konzipiert, mit einer Baugröße, die selbst für engste Lichtraumprofile geeignet ist. Somit ist es erstmals möglich, die Hochleis- tungsfrästechnologie in Metrotunneln einzu- setzen. Diese Baugröße ermöglicht auch den einfachen Transport der Maschine auf einem Tieflader oder in einem 40 Fuß-Standardcon- tainer, was eine Überstellung der Maschine wesentlich erleichtert und die Flexibilität be- züglich verschiedener Einsatzorte maßgeblich erhöht. Die MG11 ist mit je einer Fräs- und Poliereinheit pro Schienenstrang ausgerüstet und kann mit einer Überfahrt bis zu 1,2 mm Schienenmaterial in Schienenkopfmitte abtra- gen. An der Fahrkante sind gleichzeitig bis zu 5 mm Materialabtrag erzielbar, abhängig vom Schädigungszustand der Schienen. Je nach Bedarf ist es mit der mobilen Hochleistungs- High Performance Milling: Mobiles Schienenfräsen der nächsten Generation Kontinuierlich wachsende Metropolen erheben immer höhere Ansprüche an ihre Metrosysteme. PETER MOSER | RICHARD STOCK www.eurailpress.de/archiv/schienenfraesen Homepageveröffentlichung unbefristet genehmigt für Linsinger Maschinenbau GmbH / Rechte für einzelne Downloads und Ausdrucke für Besucher der Seiten genehmigt von DVV Media Group, 2019
Transcript of High Performance Milling: Mobiles Schienenfräsen der ......Abb. 5: Die mobile...
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BAUMASCHINEN
Konstant wachsende Fahrgastzahlen fuumlhren bei vielen Metrobetreibern zu einer konti-nuierlichen Verringerung der Taktzeiten der Zuumlge in Folge fuumlhrt dies zu einer zunehmen-den Belastung des Schienennetzes Konven-tionelle Schieneninstandhaltungskonzepte stoszligen in diesem Fall zusehends an ihre Grenzen Demzufolge sucht die Metropole New York nachhaltige Alternativen zu her-koumlmmlichen Instandhaltungskonzepten Speziell fuumlr die Anwendung in Metrotunneln entwickelte die Firma Linsinger die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 die sich fuumlr den Einsatz in engsten Lichtraumprofi-len hervorragend eignet Die Fraumlsmaschi-ne verfuumlgt uumlber die seit Jahren bewaumlhrte Hochleistungsfraumlstechnologie kombiniert mit neuen innovativen Ansaumltzen Die MG11 traumlgt so entscheidend zur Verlaumlngerung der Schienenlebensdauer bei und kann die Life-cyclecosts erheblich reduzieren
Anforderungen der MetrosIn den Metros steigen permanent die Fahr-gastzahlen Um diesem stetig wachsenden Be-darf gerecht zu werden muumlssen die Taktzeiten immer kuumlrzer werden was zu einem erhoumlhten Verschleiszlig am Gleiskoumlrper fuumlhrt Die daraus resultierende Mehrbelastung der Schienen verursacht Fehlererscheinungen wie Schlupf-wellen Riffel Squats Studs plastische Ver-formungen des Schienenkopfes sowie Head Checks Wartungsarbeiten am Gleiskoumlrper sind daher so zu gestalten dass es zu keiner-lei Einschraumlnkungen fuumlr die Fahrgaumlste kommt Speziell lange Sperrzeiten Verschmutzungen sowie Geruchsbelaumlstigungen in Tunneln nach Instandhaltungsarbeiten bilden dabei die Hauptproblemfaktoren
Strategien zur InstandhaltungUm die Schienenschaumldigung und Geraumlusch-entwicklung in den Griff zu bekommen bzw unter Kontrolle zu haben stehen dem Infra-strukturbesitzer verschiedene optimierte und angepasste Instandhaltungskonzepte zur Ver-fuumlgung
Eine praumlventive Instandhaltungsstrategie zielt darauf ab Schaumldigung kurz nach der Entste-hung mit geringem Materialabtrag zu entfer-nen und so die Schienenoberflaumlche in einem nahezu schaumldigungsfreien Zustand zu halten Hierzu ist es noumltig den Schaumldigungszustand der Schienen messtechnisch erfassen zu koumln-nen
Steht eine solche messtechnische Beurteilung des Schaumldigungszustandes jedoch nicht zur Verfuumlgung kann eine Abwandlung des prauml-ventiven Ansatzes angewendet werden ndash die zyklische Instandhaltungsstrategie Hier wird die Instandhaltung nicht aufgrund des tat-saumlchlichen Schaumldigungszustandes sondern basierend auf betrieblichen Erfahrungswerten bezuumlglich Schaumldigung und oder Verschleiszlig in einem festgelegten Zeit- oder Lastintervall durchgefuumlhrt
Fuumlr Fehler mit mittlerer bis hoher Fehlertiefe eignet sich eine korrektive Instandhaltungs-strategie Sobald die korrektive Instandhal-tungsschwelle bezuumlglich der Fehlertiefe er-reicht ist muss die Schiene instandgehalten oder getauscht werden Die Lage dieser Ein-griffsschwelle haumlngt von sicherheitsrelevanten Vorgaben und den lokalen Wartungsmoumlglich-keiten ab Eine regenerative Instandhaltungsstrategie stellt eine neue Erweiterung der korrektiven Strategie dar Dabei wird beinahe unabhaumln-gig vom Ausgangszustand (Schaumldigung Verschleiszlig) die Oberflaumlche der Schiene scho-nend regeneriert (Einstellung eines Neuzu-standes) Daruumlber hinaus wird auch vermie-den neuen Stoumlrstellen bzw Ausgangspunkte fuumlr Schaumldigung in die Schienenoberflaumlche einzubringen
Da aufgrund der zuvor beschriebenen Umstaumln-de (houmlhere Belastungen dichte Zugfrequenz) Schienenfehler innerhalb kuumlrzester Zeit signifi-kante Tiefen erreichen koumlnnen und da anderer-seits die Zeitfenster zur Instandhaltung immer kuumlrzer werden sind Infrastrukturbesitzer immer oumlfter gezwungen von den bisher angewandten und bewaumlhrten Strategien abzuweichen Mit der Hochleistungsfraumlstechnologie ist eine flexible und zuverlaumlssige Instandhaltungstechnologie zur Hand die saumlmtliche Instandhaltungsstrate-gien inklusive der regenerativen Strategie abde-cken kann
Hochleistungsfraumlsen mit der MG11Mit der mobilen Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 ist es erstmals moumlglich die Techno-logie des Schienenfraumlsens in engsten Licht-raumprofilen einzusetzen Mit dem Hochleis-tungsfraumlsen kann mittels Umfangsfraumlsen das Schienenprofil innerhalb engster Toleranzen wiederhergestellt werden Das Beseitigen der Oberflaumlchenfehler kann in einer Uumlberfahrt er-folgen und die gesammelten Spaumlne werden nach der Bearbeitungsschicht recycelt Da es sich beim Hochleistungsfraumlsen um eine staub-freie Bearbeitung handelt sind nach der Re-profilierung keine Reinigungsarbeiten noumltig Gerade in Metrotunneln ist dies ein entschei-dender Vorteil da aufwendige und kostenin-tensive Nacharbeiten entfallen Mit der mobilen Hochleistungsfraumlsmaschine ist es moumlglich die Bearbeitungstiefe variabel von 01 mm bis 12 mm einzustellen Dadurch wird individuell auf Schienenfehler einge-gangen und ein unnoumltiger Materialabtrag am Schienenkopf kann vermieden werden Da bei der Metro in New York weite Teile oberirdisch als Hochbahn gefuumlhrt werden sind erhoumlhte Laumlrmemissionen nach der Instandhaltung ein besonders kritisches Thema Durch den Po-liervorgang nach dem Fraumlsvorgang ist es aber moumlglich die Geraumluschentwicklung der Zuumlge deutlich zu minimieren und kuumlnftige Schie-nenfehler zu vermeiden Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 wurde speziell fuumlr den Einsatz im inner staumld -tischen Betrieb konzipiert mit einer Baugroumlszlige die selbst fuumlr engste Lichtraumprofile geeignet ist Somit ist es erstmals moumlglich die Hochleis-tungsfraumlstechnologie in Me trotunneln einzu-setzen Diese Baugroumlszlige ermoumlglicht auch den einfachen Transport der Maschine auf einem Tieflader oder in einem 40 Fuszlig-Standardcon-tainer was eine Uumlberstellung der Maschine wesentlich erleichtert und die Flexibilitaumlt be-zuumlglich verschiedener Einsatzorte maszliggeblich erhoumlht Die MG11 ist mit je einer Fraumls- und Poliereinheit pro Schienenstrang ausgeruumlstet und kann mit einer Uumlberfahrt bis zu 12 mm Schienenmaterial in Schienenkopfmitte abtra-gen An der Fahrkante sind gleichzeitig bis zu 5 mm Materialabtrag erzielbar abhaumlngig vom Schaumldigungszustand der Schienen Je nach Bedarf ist es mit der mobilen Hochleistungs-
High Performance Milling Mobiles Schienenfraumlsen der naumlchsten Generation
Kontinuierlich wachsende Metropolen erheben immer houmlhere Anspruumlche an ihre Metrosysteme
PETER MOSER | RICHARD STOCK
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fraumlsmaschine MG11 moumlglich Vignolschienen Rillenschienen und auch Weichen zu bearbei-ten Damit koumlnnen mit einer Maschine alle Einsatzgebiete der Schienenreprofilierung ab-gedeckt werden Fuumlr die Bearbeitung mit der MG11 muumlssen weder Gleisschaltmittel oder Komponenten der Weiche ausgebaut werden noch sind nach der Bearbeitung Reinigungs-arbeiten oder Brandschutzmaszlignahmen noumltig Dieser Umstand fuumlhrt zu einer Steigerung der Produktivitaumlt und zu einer deutlichen Reduk-tion der Gesamtkosten beim Reprofilieren der Schienen
Hochleistungsfraumlstechnologie in New YorkDie Metro in New York City (MTA New York City Subway) wurde Ende 1904 eroumlffnet und zaumlhlt zu den aumlltesten U-Bahnen der Welt Der groumlszligte Teil des heutigen Streckennetzes wurde von Anfang bis Mitte des letzten Jahrhunderts gebaut Die Metro besitzt 25 Linien 472 Bahn-houmlfe sowie 380 Streckenkilometer MTA New York City Subway befoumlrdert taumlglich fast 5 Mio Fahrgaumlste und gehoumlrt zu den laumlngsten und komplexesten Metronetzen der Welt Obwohl NYCTA (New York City Transit Authority der Be-
treiber des Netzwerkes von MTA New York City Subway) uumlber Jahrzehnte mit konventionellen Instandhaltungsmethoden die Gleise bearbei-tet hat war es aufgrund der hohen Belastun-gen in diesem System nicht moumlglich mit der Schaumldigung der Schienen Schritt zu halten Zum einen ist NYCTA an einem Verfahren in-teressiert dass die Schienenfehler effektiver als bisher beseitigt da durch immer kuumlrzere Takt- und Sperrzeiten konventionelle Instand-haltungsmethoden mit ihrer geringen Abtrags-leistung die Grenzen des Moumlglichen erreicht ha-ben Zum anderen wird ein Verfahren gesucht das keine Reinigungsarbeiten in den Bahnhouml-fen oder im Tunnel erforderlich macht da die-se Reinigungsarbeiten sehr kosten- und zeitin-tensiv sind Zusaumltzlich ist es durch die Linsinger Hochleistungsfraumlstechnologie auch moumlglich gleichzeitig andere Instandhaltungstaumltigkeiten im Tunnel durchzufuumlhren da eine Umweltbe-lastung durch Staub und Rauch entfaumlllt Im Jahr 2018 bot sich die Moumlglichkeit die mo-bile Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 im Me-tronetz von NYCTA zu Praumlsentationszwecken einzusetzen Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine wurde in einem 40 Fuszlig-Container per Schiff angeliefert (Abb 1) Da es sich bei dem Container um einen Standardcontainer handelt war der Transport unkompliziert abzuwickeln Das Abladen und Eingleisen im Depot von NYCTA in Brooklyn er-folgte per Autokran Der Eingleisvorgang selbst dauerte dann nur wenige Minuten und erfolgte mittels einer Gleisrampe (Abb 2) Die wichtigsten Schienenfehler in der Metro NYCTA sind Schlupfwellen und Schleuder-stellen mit teilweise signifikanten Material-aufhaumlrtungen sowie Houmlhenunterschiede der Gleise im Bereich der Verbindungslaschen der Schienenstoumlszlige Ebenso sind auch klassi-sche Rollkontaktermuumldungsschaumlden (Rolling Contact Fatigue RCF) Profilverschleiszlig und plastische Materialverformung im gesamten Netz zu finden Besonders bei Schlupfwellen Schleuderstellen und deformierten Schie-nenstoumlszligen liefern herkoumlmmliche Wartungs-verfahren oft nur unzureichende Ergebnisse Gesucht wird also ein Verfahren mit dem es einerseits moumlglich ist die ungewollten (peri-odischen) Aufhaumlrtungen restlos zu eliminie-ren (und somit die Schaumldigung komplett zu beseitigen) und andererseits einen homogen verlaufenden Uumlbergang der Schienen im Be-reich der Verbindungslaschen herzustellen Um dies zu erreichen ist eine variable Zustel-lung der Bearbeitungswerkzeuge zwingend erforderlich Da beim Hochleistungsfraumlsver-fahren die Zustellung der Bearbeitungstiefe uumlber CNC-Achsen erfolgt ist es moumlglich die-se Uumlbergaumlnge zu bearbeiten und zu glaumltten bzw die Materialaufhaumlrtungen im Bereich der Schlupfwellen und Schleuderstellen kom-plett zu entfernenVor der eigentlichen Bearbeitung wurden die Maschinenparameter auf einem Testgleis einge-stellt und Probefraumlsungen durchgefuumlhrt Fuumlr den
Abb 1 Anlieferung der MG11 im Container zu einem Depot der NYCTA (MTA New York City Subway)
Abb 2 Fraumlse MG11 im 40 Fuszlig-Container kurz vor dem Eingleisen im Depot von NYCTA
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Praumlsentationseinsatz selbst wurden Streckenab-schnitte gewaumlhlt die unter anderem auch mas-sive Schleuderstellen aufweisen Gefraumlst wurde zum einen oberirdisch um das Bearbeitungs-ergebnis besser evaluieren zu koumlnnen zum anderen im Tunnel um die reale Emissionsent-wicklung eventuellen Funkenflug und Schmutz-entwicklung unter tatsaumlchlichen Einsatzbedin-gungen besser bewerten zu koumlnnen Am Tag des Praumlsentationseinsatzes reisten Vertreter aus den wichtigsten Groszligstaumldten der USA an um erstmals in Nordamerika die Hoch-leistungsfraumlstechnologie zu sehen
Bearbeitung im oberirdischen GleisabschnittBei der Bearbeitung im oberirdischen Gleis-abschnitt wurde im Bereich der massiven Schleuderstellen der Materialabtrag so ge-waumlhlt dass auch das deformierte Gefuumlge unter den Schleuderstellen entfernt werden konnte Eine weitere Aufgabe war es in ei-ner Uumlberfahrt alle Schienenfehler zu entfer-nen und das Sollprofil wiederherzustellen Daruumlber hinaus befanden sich in dem Ab-schnitt mehrere verlaschte Schienenstoumlszlige die unterschiedliche Schaumldigungszustaumlnde aufwiesen Da diese Bearbeitungen mit dem derzeit eingesetzten Verfahren nicht reali-sierbar sind war das Interesse bei den Be-suchern bezuumlglich der Bearbeitungsergeb-nisse im oberirdischen Bereich extrem groszlig (Abb 3)Gleich zu Beginn der Bearbeitung uumlberraschte die Besucher die Tatsache dass sie direkt ne-ben der mobilen Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 hautnah beobachten konnten wie die Prozessschritte des Schienenfraumlsens ablaufen Als Materialabtrag wurden 08 mm gewaumlhlt um die Schleuderstellen samt geschaumldigtem Gefuumlge zu entfernen Eine staubfreie Bearbei-tung bei dieser Abtragstiefe ist mit herkoumlmm-licher Technologie unmoumlglich Umso uumlberra-
Abb 3 Teilnehmer der Demonstration bei NYCTA besichtigen das Ergebnis der Demofraumlsung
Trust the Inventorwwwlinsingercom
schender war die Tatsache fuumlr die Besucher dass nach der Bearbeitung keine Spaumlne oder Verunreinigungen am Gleis zu sehen waren Die erste visuelle Begutachtung der Schiene zeigte einen perfekt reprofilierten Schienen-kopf die Schleuderstellen wurden in nur einer
Uumlberfahrt entfernt Die Oberflaumlchen des Schie-nenkopfes wiesen eine wesentlich geringere Rautiefe im Vergleich zu den bis dato einge-setzten Verfahren auf (Abb 4)Trotz engster Bogenradien schlechter Gleislage und einer Vielzahl von Weichen
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im Depot von NYCTA gab es aufgrund der kompakten Baugroumlszlige der mobilen Hochleis-tungsfraumlsmaschine MG11 keine Probleme bei der Uumlberstellfahrt in den U-Bahn-Tunnel zum zweiten Bearbeitungsabschnitt
Bearbeitung im TunnelDa die Verschmutzung der Tunnel nach der Schienenbearbeitung eines der Hauptproble-me der Metro bei NYCTA darstellt wurde fuumlr diesen Abschnitt die Abtragstiefe von 1 mm mit einem Vorschub von 12 m pro Minute gewaumlhlt Bei einem so groszligen Abtrag sind bei einer konventionellen Reprofilierung
Abb 5 Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine im Einsatz in einer Station von NYCTA
Abb 4 Die Schienenoberflaumlche nach nur einer Uumlberfahrt ndash vollstaumlndige Entfernung der Schaumldigung und exakt eingestelltes Zielprofil
mit mehreren Uumlberfahrten weitreichende Reinigungs- und Feuerschutzmaszlignahmen zu treffen Die Tatsache dass keine erweiterte Schutz-ausruumlstung (z B Atemschutzmaszlignahmen) beim Einsatz der Maschine im Tunnel noumltig war uumlberraschte alle Teilnehmer Die Besucher standen in der Metrostation direkt neben dem arbeitenden Schienenfraumlszug und dank des Linsinger Fraumlsprozesses der Absaugung und des Filtersystems der mobilen Hochleistungs-fraumlsmaschine kam es zu keinerlei Staubbelas-tung Alles was die MG11 nach der Bearbei-tung hinterlieszlig war eine perfekt reprofilierte und fehlerfreie Schiene
Regenerative Instandhaltung zur Verlaumlngerung der SchienenlebensdauerMit diesem Einsatz der Hochleistungsfraumls-technologie in der New Yorker Subway
konnten die Vorteile dieser innovativen Technologie unter herausfordernden ober- sowie unterirdischen Anwendungsszenarien demonstriert werden Es konnte damit auch eine weitverbreitete Fehlkonzeption bezuumlg-lich des Schienenfraumlsens ausgeraumlumt wer-den Oft wird korrektive Instandhaltung und der damit verbundene hohe Materialabtrag pauschal mit einer Verkuumlrzung der Schie-nenlebensdauer in Verbindung gebracht Jedoch kann mithilfe der Hochleistungsfraumls-technologie genau das verhindert werden Mit der Anwendung einer regenerativen In-standhaltungsstrategie kann durch gezielt angepassten Materialabtrag in spezifischen Bereichen des Schienenkopfes eine maszlig-gebliche Verlaumlngerung der Schienenliege-dauer erreicht und ein vorzeitiger Schienen-tausch und die damit verbundenen hohen Kosten vermieden werden
25EI-Eisenbahningenieur | Februar 2014
Gleisabschnitt zwei symbolisiert durch die Funktion f2Der Zusammenhang zwischen Verkehrsbe-lastung und Wellenlaumlnge gesaumlttigt-ausgebil-deter wellenfoumlrmiger Fehler zeigt Abb 6Zur besseren Einordung und Interpreta-tion wurde zusaumltzlich die Grenze Nutzungs dauer der Schiene (LD) einge-arbeitet welche sich annaumlhernd aus dem vertikalen Abnutzungsvorrat der Schie-ne am Schienenkopf und dem primaumlren homogenen sowie dem sekundaumlren ho-mogenen Verschleiszligpro Jahr bzw Belas-tungseinheit ergibt Der Nutzungsdauer kann eine Wellenlaumlnge λkrit zugeordnet werden Je geringer die Wellenlaumlnge desto schneller waumlchst der sekundaumlre homogene Verschleiszlig umso wichtiger ist dann das Schleifen wellenfoumlrmiger Fehler Daraus folgt aus wirtschaftlicher Sicht sind vor allem Wellen mit Wellenlaumlngen λ lt λkrit interessantAnschlieszligend erfolgen Erlaumluterungen zum Bildungsmechanismus des Schienenfehlers Schlupfwelle Eine hauptsaumlchlich in Gleis-boumlgen (mit Radien unter 500 m) auf der bo-geninneren Schiene auftretende periodische vertikale Unebenheit der Schienenfahr-flaumlche mit einer Wellenlaumlnge λSW zwischen 30 und 300 mm ist charakteristisch fuumlr die SchlupfwelleEbenso wie bei Riffeln wird die Veraumlnderung des Schienenwerkstoffs bei der Schlupfwel-lenbildung durch eine periodische Schlupf-bewegung des Rades (Slip-Stick) auf der Schiene verursacht Grundlage fuumlr die Bil-dung und das Anwachsen von Schlupfwellen in Laumlnge und Tiefe ist das Vorhandensein ei-nes Grenzradius des Gleisbogens unterhalb dessen unterschiedliche Radumfangsge-schwindigkeiten von Raumldern eines Radsatzes nicht mehr durch die Konizitaumlt der Raumlder im Zusammenwirken mit dem Spurspiel im Gleis ausgeglichen werden koumlnnenDie Wellenlaumlnge der Schlupfwelle ergibt sich zu
Abb 5 Zusammenhang zwischen Wellenausbildungskoeffizient und Verkehrs-belastung nach [8]
Abb 6 Zusammenhang zwischen Verkehrsbelastung bis zur Saumlttigung in Abhaumlngigkeit von der Wellen laumlnge (bei Riffeln) nach [8]
Abb 7 Modell Schlupfwellenbildung Bewegung des Rades auf unebener geschaumldigter Schiene nach [6]
=sdot sdot sdotsdot
2F r r
G IswZ Rad B
P
Formel 7 Wellenlaumlnge Schlupfwelle nach [6]
Wie Formel 7 zeigt wird die Wellenlaumlnge der Schlupfwelle λSW durch den Reibkoef-fizienten μ die vertikale Radkraft FZ den Radradius rRad den (Gleis-) Bogenradius rB und die Torsionssteifigkeit des Radsatzes (GIP) beeinflusst (Abb 7)Der durch die ruckartige Ausgleichsbewe-gung auftretende Schlupf zwischen Rad und Schiene wird als Schlupfwellenschlupf bezeichnet und ist von den vorhandenen Reibungsverhaumlltnissen zwischen Rad und Schiene abhaumlngig Er wird wie folgt be-schrieben
=lt
0
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fuumlr r rSw
B Grenz
Formel 8 Schlupfwellenschlupf
In Kenntnis des Grenzradius der Gleisbouml-gen sind die betreffenden Gleisabschnitte
mit bdquoSchlupfwellenneigungldquo durch rB lt rGrenz ermittelbarDas Fehlerwachstum und die Schaumldigungs-intensitaumlt des Schienenfehlers Schlupfwelle lassen sich analog zu den Riffeln uumlber die
MFSRC-240bis 52 kgmtr Schiene
Gewicht 2500 kgTraumlgergeraumlt ab 19 to
ndash junge Maschinen
ndash viele Anbaugeraumlte zB Hammer Schwellen- fach- Sortiergreifer hellip
ndash regelmaumlszligig gewartet
ndash Bahnabnahme
ndash Ruumlckfahrkamera
ndash Zusatzkreislauf Stopfgeraumlt
ZweiwegebaggerAtlas AB 1604 ZW
Schienenscheren
ATLAS HANNOVER Baumaschinen GmbH amp CoBremer Straszlige 4ndash630880 LaatzenTel 051027004-32Fax 051027004-44Ansprechpertner Erik ManowskiE-Mail manowskiatlashannoverde
VermietungVerkauf und Service
6 Dipl-Ing Dr mont Richard Stock Milling Technology Manager fuumlr die oumlsterreichischen Firmen Linsinger und Linmag GmbH in Vancouver Kanada rstocklinmagcom
Dipl-Ing (FH) Peter Moser International Sales Manager Rail Milling Department Linsinger pmoserlinsingercom
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BAUMASCHINEN
fraumlsmaschine MG11 moumlglich Vignolschienen Rillenschienen und auch Weichen zu bearbei-ten Damit koumlnnen mit einer Maschine alle Einsatzgebiete der Schienenreprofilierung ab-gedeckt werden Fuumlr die Bearbeitung mit der MG11 muumlssen weder Gleisschaltmittel oder Komponenten der Weiche ausgebaut werden noch sind nach der Bearbeitung Reinigungs-arbeiten oder Brandschutzmaszlignahmen noumltig Dieser Umstand fuumlhrt zu einer Steigerung der Produktivitaumlt und zu einer deutlichen Reduk-tion der Gesamtkosten beim Reprofilieren der Schienen
Hochleistungsfraumlstechnologie in New YorkDie Metro in New York City (MTA New York City Subway) wurde Ende 1904 eroumlffnet und zaumlhlt zu den aumlltesten U-Bahnen der Welt Der groumlszligte Teil des heutigen Streckennetzes wurde von Anfang bis Mitte des letzten Jahrhunderts gebaut Die Metro besitzt 25 Linien 472 Bahn-houmlfe sowie 380 Streckenkilometer MTA New York City Subway befoumlrdert taumlglich fast 5 Mio Fahrgaumlste und gehoumlrt zu den laumlngsten und komplexesten Metronetzen der Welt Obwohl NYCTA (New York City Transit Authority der Be-
treiber des Netzwerkes von MTA New York City Subway) uumlber Jahrzehnte mit konventionellen Instandhaltungsmethoden die Gleise bearbei-tet hat war es aufgrund der hohen Belastun-gen in diesem System nicht moumlglich mit der Schaumldigung der Schienen Schritt zu halten Zum einen ist NYCTA an einem Verfahren in-teressiert dass die Schienenfehler effektiver als bisher beseitigt da durch immer kuumlrzere Takt- und Sperrzeiten konventionelle Instand-haltungsmethoden mit ihrer geringen Abtrags-leistung die Grenzen des Moumlglichen erreicht ha-ben Zum anderen wird ein Verfahren gesucht das keine Reinigungsarbeiten in den Bahnhouml-fen oder im Tunnel erforderlich macht da die-se Reinigungsarbeiten sehr kosten- und zeitin-tensiv sind Zusaumltzlich ist es durch die Linsinger Hochleistungsfraumlstechnologie auch moumlglich gleichzeitig andere Instandhaltungstaumltigkeiten im Tunnel durchzufuumlhren da eine Umweltbe-lastung durch Staub und Rauch entfaumlllt Im Jahr 2018 bot sich die Moumlglichkeit die mo-bile Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 im Me-tronetz von NYCTA zu Praumlsentationszwecken einzusetzen Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine wurde in einem 40 Fuszlig-Container per Schiff angeliefert (Abb 1) Da es sich bei dem Container um einen Standardcontainer handelt war der Transport unkompliziert abzuwickeln Das Abladen und Eingleisen im Depot von NYCTA in Brooklyn er-folgte per Autokran Der Eingleisvorgang selbst dauerte dann nur wenige Minuten und erfolgte mittels einer Gleisrampe (Abb 2) Die wichtigsten Schienenfehler in der Metro NYCTA sind Schlupfwellen und Schleuder-stellen mit teilweise signifikanten Material-aufhaumlrtungen sowie Houmlhenunterschiede der Gleise im Bereich der Verbindungslaschen der Schienenstoumlszlige Ebenso sind auch klassi-sche Rollkontaktermuumldungsschaumlden (Rolling Contact Fatigue RCF) Profilverschleiszlig und plastische Materialverformung im gesamten Netz zu finden Besonders bei Schlupfwellen Schleuderstellen und deformierten Schie-nenstoumlszligen liefern herkoumlmmliche Wartungs-verfahren oft nur unzureichende Ergebnisse Gesucht wird also ein Verfahren mit dem es einerseits moumlglich ist die ungewollten (peri-odischen) Aufhaumlrtungen restlos zu eliminie-ren (und somit die Schaumldigung komplett zu beseitigen) und andererseits einen homogen verlaufenden Uumlbergang der Schienen im Be-reich der Verbindungslaschen herzustellen Um dies zu erreichen ist eine variable Zustel-lung der Bearbeitungswerkzeuge zwingend erforderlich Da beim Hochleistungsfraumlsver-fahren die Zustellung der Bearbeitungstiefe uumlber CNC-Achsen erfolgt ist es moumlglich die-se Uumlbergaumlnge zu bearbeiten und zu glaumltten bzw die Materialaufhaumlrtungen im Bereich der Schlupfwellen und Schleuderstellen kom-plett zu entfernenVor der eigentlichen Bearbeitung wurden die Maschinenparameter auf einem Testgleis einge-stellt und Probefraumlsungen durchgefuumlhrt Fuumlr den
Abb 1 Anlieferung der MG11 im Container zu einem Depot der NYCTA (MTA New York City Subway)
Abb 2 Fraumlse MG11 im 40 Fuszlig-Container kurz vor dem Eingleisen im Depot von NYCTA
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Praumlsentationseinsatz selbst wurden Streckenab-schnitte gewaumlhlt die unter anderem auch mas-sive Schleuderstellen aufweisen Gefraumlst wurde zum einen oberirdisch um das Bearbeitungs-ergebnis besser evaluieren zu koumlnnen zum anderen im Tunnel um die reale Emissionsent-wicklung eventuellen Funkenflug und Schmutz-entwicklung unter tatsaumlchlichen Einsatzbedin-gungen besser bewerten zu koumlnnen Am Tag des Praumlsentationseinsatzes reisten Vertreter aus den wichtigsten Groszligstaumldten der USA an um erstmals in Nordamerika die Hoch-leistungsfraumlstechnologie zu sehen
Bearbeitung im oberirdischen GleisabschnittBei der Bearbeitung im oberirdischen Gleis-abschnitt wurde im Bereich der massiven Schleuderstellen der Materialabtrag so ge-waumlhlt dass auch das deformierte Gefuumlge unter den Schleuderstellen entfernt werden konnte Eine weitere Aufgabe war es in ei-ner Uumlberfahrt alle Schienenfehler zu entfer-nen und das Sollprofil wiederherzustellen Daruumlber hinaus befanden sich in dem Ab-schnitt mehrere verlaschte Schienenstoumlszlige die unterschiedliche Schaumldigungszustaumlnde aufwiesen Da diese Bearbeitungen mit dem derzeit eingesetzten Verfahren nicht reali-sierbar sind war das Interesse bei den Be-suchern bezuumlglich der Bearbeitungsergeb-nisse im oberirdischen Bereich extrem groszlig (Abb 3)Gleich zu Beginn der Bearbeitung uumlberraschte die Besucher die Tatsache dass sie direkt ne-ben der mobilen Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 hautnah beobachten konnten wie die Prozessschritte des Schienenfraumlsens ablaufen Als Materialabtrag wurden 08 mm gewaumlhlt um die Schleuderstellen samt geschaumldigtem Gefuumlge zu entfernen Eine staubfreie Bearbei-tung bei dieser Abtragstiefe ist mit herkoumlmm-licher Technologie unmoumlglich Umso uumlberra-
Abb 3 Teilnehmer der Demonstration bei NYCTA besichtigen das Ergebnis der Demofraumlsung
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schender war die Tatsache fuumlr die Besucher dass nach der Bearbeitung keine Spaumlne oder Verunreinigungen am Gleis zu sehen waren Die erste visuelle Begutachtung der Schiene zeigte einen perfekt reprofilierten Schienen-kopf die Schleuderstellen wurden in nur einer
Uumlberfahrt entfernt Die Oberflaumlchen des Schie-nenkopfes wiesen eine wesentlich geringere Rautiefe im Vergleich zu den bis dato einge-setzten Verfahren auf (Abb 4)Trotz engster Bogenradien schlechter Gleislage und einer Vielzahl von Weichen
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im Depot von NYCTA gab es aufgrund der kompakten Baugroumlszlige der mobilen Hochleis-tungsfraumlsmaschine MG11 keine Probleme bei der Uumlberstellfahrt in den U-Bahn-Tunnel zum zweiten Bearbeitungsabschnitt
Bearbeitung im TunnelDa die Verschmutzung der Tunnel nach der Schienenbearbeitung eines der Hauptproble-me der Metro bei NYCTA darstellt wurde fuumlr diesen Abschnitt die Abtragstiefe von 1 mm mit einem Vorschub von 12 m pro Minute gewaumlhlt Bei einem so groszligen Abtrag sind bei einer konventionellen Reprofilierung
Abb 5 Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine im Einsatz in einer Station von NYCTA
Abb 4 Die Schienenoberflaumlche nach nur einer Uumlberfahrt ndash vollstaumlndige Entfernung der Schaumldigung und exakt eingestelltes Zielprofil
mit mehreren Uumlberfahrten weitreichende Reinigungs- und Feuerschutzmaszlignahmen zu treffen Die Tatsache dass keine erweiterte Schutz-ausruumlstung (z B Atemschutzmaszlignahmen) beim Einsatz der Maschine im Tunnel noumltig war uumlberraschte alle Teilnehmer Die Besucher standen in der Metrostation direkt neben dem arbeitenden Schienenfraumlszug und dank des Linsinger Fraumlsprozesses der Absaugung und des Filtersystems der mobilen Hochleistungs-fraumlsmaschine kam es zu keinerlei Staubbelas-tung Alles was die MG11 nach der Bearbei-tung hinterlieszlig war eine perfekt reprofilierte und fehlerfreie Schiene
Regenerative Instandhaltung zur Verlaumlngerung der SchienenlebensdauerMit diesem Einsatz der Hochleistungsfraumls-technologie in der New Yorker Subway
konnten die Vorteile dieser innovativen Technologie unter herausfordernden ober- sowie unterirdischen Anwendungsszenarien demonstriert werden Es konnte damit auch eine weitverbreitete Fehlkonzeption bezuumlg-lich des Schienenfraumlsens ausgeraumlumt wer-den Oft wird korrektive Instandhaltung und der damit verbundene hohe Materialabtrag pauschal mit einer Verkuumlrzung der Schie-nenlebensdauer in Verbindung gebracht Jedoch kann mithilfe der Hochleistungsfraumls-technologie genau das verhindert werden Mit der Anwendung einer regenerativen In-standhaltungsstrategie kann durch gezielt angepassten Materialabtrag in spezifischen Bereichen des Schienenkopfes eine maszlig-gebliche Verlaumlngerung der Schienenliege-dauer erreicht und ein vorzeitiger Schienen-tausch und die damit verbundenen hohen Kosten vermieden werden
25EI-Eisenbahningenieur | Februar 2014
Gleisabschnitt zwei symbolisiert durch die Funktion f2Der Zusammenhang zwischen Verkehrsbe-lastung und Wellenlaumlnge gesaumlttigt-ausgebil-deter wellenfoumlrmiger Fehler zeigt Abb 6Zur besseren Einordung und Interpreta-tion wurde zusaumltzlich die Grenze Nutzungs dauer der Schiene (LD) einge-arbeitet welche sich annaumlhernd aus dem vertikalen Abnutzungsvorrat der Schie-ne am Schienenkopf und dem primaumlren homogenen sowie dem sekundaumlren ho-mogenen Verschleiszligpro Jahr bzw Belas-tungseinheit ergibt Der Nutzungsdauer kann eine Wellenlaumlnge λkrit zugeordnet werden Je geringer die Wellenlaumlnge desto schneller waumlchst der sekundaumlre homogene Verschleiszlig umso wichtiger ist dann das Schleifen wellenfoumlrmiger Fehler Daraus folgt aus wirtschaftlicher Sicht sind vor allem Wellen mit Wellenlaumlngen λ lt λkrit interessantAnschlieszligend erfolgen Erlaumluterungen zum Bildungsmechanismus des Schienenfehlers Schlupfwelle Eine hauptsaumlchlich in Gleis-boumlgen (mit Radien unter 500 m) auf der bo-geninneren Schiene auftretende periodische vertikale Unebenheit der Schienenfahr-flaumlche mit einer Wellenlaumlnge λSW zwischen 30 und 300 mm ist charakteristisch fuumlr die SchlupfwelleEbenso wie bei Riffeln wird die Veraumlnderung des Schienenwerkstoffs bei der Schlupfwel-lenbildung durch eine periodische Schlupf-bewegung des Rades (Slip-Stick) auf der Schiene verursacht Grundlage fuumlr die Bil-dung und das Anwachsen von Schlupfwellen in Laumlnge und Tiefe ist das Vorhandensein ei-nes Grenzradius des Gleisbogens unterhalb dessen unterschiedliche Radumfangsge-schwindigkeiten von Raumldern eines Radsatzes nicht mehr durch die Konizitaumlt der Raumlder im Zusammenwirken mit dem Spurspiel im Gleis ausgeglichen werden koumlnnenDie Wellenlaumlnge der Schlupfwelle ergibt sich zu
Abb 5 Zusammenhang zwischen Wellenausbildungskoeffizient und Verkehrs-belastung nach [8]
Abb 6 Zusammenhang zwischen Verkehrsbelastung bis zur Saumlttigung in Abhaumlngigkeit von der Wellen laumlnge (bei Riffeln) nach [8]
Abb 7 Modell Schlupfwellenbildung Bewegung des Rades auf unebener geschaumldigter Schiene nach [6]
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Formel 7 Wellenlaumlnge Schlupfwelle nach [6]
Wie Formel 7 zeigt wird die Wellenlaumlnge der Schlupfwelle λSW durch den Reibkoef-fizienten μ die vertikale Radkraft FZ den Radradius rRad den (Gleis-) Bogenradius rB und die Torsionssteifigkeit des Radsatzes (GIP) beeinflusst (Abb 7)Der durch die ruckartige Ausgleichsbewe-gung auftretende Schlupf zwischen Rad und Schiene wird als Schlupfwellenschlupf bezeichnet und ist von den vorhandenen Reibungsverhaumlltnissen zwischen Rad und Schiene abhaumlngig Er wird wie folgt be-schrieben
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Formel 8 Schlupfwellenschlupf
In Kenntnis des Grenzradius der Gleisbouml-gen sind die betreffenden Gleisabschnitte
mit bdquoSchlupfwellenneigungldquo durch rB lt rGrenz ermittelbarDas Fehlerwachstum und die Schaumldigungs-intensitaumlt des Schienenfehlers Schlupfwelle lassen sich analog zu den Riffeln uumlber die
MFSRC-240bis 52 kgmtr Schiene
Gewicht 2500 kgTraumlgergeraumlt ab 19 to
ndash junge Maschinen
ndash viele Anbaugeraumlte zB Hammer Schwellen- fach- Sortiergreifer hellip
ndash regelmaumlszligig gewartet
ndash Bahnabnahme
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ZweiwegebaggerAtlas AB 1604 ZW
Schienenscheren
ATLAS HANNOVER Baumaschinen GmbH amp CoBremer Straszlige 4ndash630880 LaatzenTel 051027004-32Fax 051027004-44Ansprechpertner Erik ManowskiE-Mail manowskiatlashannoverde
VermietungVerkauf und Service
6 Dipl-Ing Dr mont Richard Stock Milling Technology Manager fuumlr die oumlsterreichischen Firmen Linsinger und Linmag GmbH in Vancouver Kanada rstocklinmagcom
Dipl-Ing (FH) Peter Moser International Sales Manager Rail Milling Department Linsinger pmoserlinsingercom
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Praumlsentationseinsatz selbst wurden Streckenab-schnitte gewaumlhlt die unter anderem auch mas-sive Schleuderstellen aufweisen Gefraumlst wurde zum einen oberirdisch um das Bearbeitungs-ergebnis besser evaluieren zu koumlnnen zum anderen im Tunnel um die reale Emissionsent-wicklung eventuellen Funkenflug und Schmutz-entwicklung unter tatsaumlchlichen Einsatzbedin-gungen besser bewerten zu koumlnnen Am Tag des Praumlsentationseinsatzes reisten Vertreter aus den wichtigsten Groszligstaumldten der USA an um erstmals in Nordamerika die Hoch-leistungsfraumlstechnologie zu sehen
Bearbeitung im oberirdischen GleisabschnittBei der Bearbeitung im oberirdischen Gleis-abschnitt wurde im Bereich der massiven Schleuderstellen der Materialabtrag so ge-waumlhlt dass auch das deformierte Gefuumlge unter den Schleuderstellen entfernt werden konnte Eine weitere Aufgabe war es in ei-ner Uumlberfahrt alle Schienenfehler zu entfer-nen und das Sollprofil wiederherzustellen Daruumlber hinaus befanden sich in dem Ab-schnitt mehrere verlaschte Schienenstoumlszlige die unterschiedliche Schaumldigungszustaumlnde aufwiesen Da diese Bearbeitungen mit dem derzeit eingesetzten Verfahren nicht reali-sierbar sind war das Interesse bei den Be-suchern bezuumlglich der Bearbeitungsergeb-nisse im oberirdischen Bereich extrem groszlig (Abb 3)Gleich zu Beginn der Bearbeitung uumlberraschte die Besucher die Tatsache dass sie direkt ne-ben der mobilen Hochleistungsfraumlsmaschine MG11 hautnah beobachten konnten wie die Prozessschritte des Schienenfraumlsens ablaufen Als Materialabtrag wurden 08 mm gewaumlhlt um die Schleuderstellen samt geschaumldigtem Gefuumlge zu entfernen Eine staubfreie Bearbei-tung bei dieser Abtragstiefe ist mit herkoumlmm-licher Technologie unmoumlglich Umso uumlberra-
Abb 3 Teilnehmer der Demonstration bei NYCTA besichtigen das Ergebnis der Demofraumlsung
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schender war die Tatsache fuumlr die Besucher dass nach der Bearbeitung keine Spaumlne oder Verunreinigungen am Gleis zu sehen waren Die erste visuelle Begutachtung der Schiene zeigte einen perfekt reprofilierten Schienen-kopf die Schleuderstellen wurden in nur einer
Uumlberfahrt entfernt Die Oberflaumlchen des Schie-nenkopfes wiesen eine wesentlich geringere Rautiefe im Vergleich zu den bis dato einge-setzten Verfahren auf (Abb 4)Trotz engster Bogenradien schlechter Gleislage und einer Vielzahl von Weichen
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im Depot von NYCTA gab es aufgrund der kompakten Baugroumlszlige der mobilen Hochleis-tungsfraumlsmaschine MG11 keine Probleme bei der Uumlberstellfahrt in den U-Bahn-Tunnel zum zweiten Bearbeitungsabschnitt
Bearbeitung im TunnelDa die Verschmutzung der Tunnel nach der Schienenbearbeitung eines der Hauptproble-me der Metro bei NYCTA darstellt wurde fuumlr diesen Abschnitt die Abtragstiefe von 1 mm mit einem Vorschub von 12 m pro Minute gewaumlhlt Bei einem so groszligen Abtrag sind bei einer konventionellen Reprofilierung
Abb 5 Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine im Einsatz in einer Station von NYCTA
Abb 4 Die Schienenoberflaumlche nach nur einer Uumlberfahrt ndash vollstaumlndige Entfernung der Schaumldigung und exakt eingestelltes Zielprofil
mit mehreren Uumlberfahrten weitreichende Reinigungs- und Feuerschutzmaszlignahmen zu treffen Die Tatsache dass keine erweiterte Schutz-ausruumlstung (z B Atemschutzmaszlignahmen) beim Einsatz der Maschine im Tunnel noumltig war uumlberraschte alle Teilnehmer Die Besucher standen in der Metrostation direkt neben dem arbeitenden Schienenfraumlszug und dank des Linsinger Fraumlsprozesses der Absaugung und des Filtersystems der mobilen Hochleistungs-fraumlsmaschine kam es zu keinerlei Staubbelas-tung Alles was die MG11 nach der Bearbei-tung hinterlieszlig war eine perfekt reprofilierte und fehlerfreie Schiene
Regenerative Instandhaltung zur Verlaumlngerung der SchienenlebensdauerMit diesem Einsatz der Hochleistungsfraumls-technologie in der New Yorker Subway
konnten die Vorteile dieser innovativen Technologie unter herausfordernden ober- sowie unterirdischen Anwendungsszenarien demonstriert werden Es konnte damit auch eine weitverbreitete Fehlkonzeption bezuumlg-lich des Schienenfraumlsens ausgeraumlumt wer-den Oft wird korrektive Instandhaltung und der damit verbundene hohe Materialabtrag pauschal mit einer Verkuumlrzung der Schie-nenlebensdauer in Verbindung gebracht Jedoch kann mithilfe der Hochleistungsfraumls-technologie genau das verhindert werden Mit der Anwendung einer regenerativen In-standhaltungsstrategie kann durch gezielt angepassten Materialabtrag in spezifischen Bereichen des Schienenkopfes eine maszlig-gebliche Verlaumlngerung der Schienenliege-dauer erreicht und ein vorzeitiger Schienen-tausch und die damit verbundenen hohen Kosten vermieden werden
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Gleisabschnitt zwei symbolisiert durch die Funktion f2Der Zusammenhang zwischen Verkehrsbe-lastung und Wellenlaumlnge gesaumlttigt-ausgebil-deter wellenfoumlrmiger Fehler zeigt Abb 6Zur besseren Einordung und Interpreta-tion wurde zusaumltzlich die Grenze Nutzungs dauer der Schiene (LD) einge-arbeitet welche sich annaumlhernd aus dem vertikalen Abnutzungsvorrat der Schie-ne am Schienenkopf und dem primaumlren homogenen sowie dem sekundaumlren ho-mogenen Verschleiszligpro Jahr bzw Belas-tungseinheit ergibt Der Nutzungsdauer kann eine Wellenlaumlnge λkrit zugeordnet werden Je geringer die Wellenlaumlnge desto schneller waumlchst der sekundaumlre homogene Verschleiszlig umso wichtiger ist dann das Schleifen wellenfoumlrmiger Fehler Daraus folgt aus wirtschaftlicher Sicht sind vor allem Wellen mit Wellenlaumlngen λ lt λkrit interessantAnschlieszligend erfolgen Erlaumluterungen zum Bildungsmechanismus des Schienenfehlers Schlupfwelle Eine hauptsaumlchlich in Gleis-boumlgen (mit Radien unter 500 m) auf der bo-geninneren Schiene auftretende periodische vertikale Unebenheit der Schienenfahr-flaumlche mit einer Wellenlaumlnge λSW zwischen 30 und 300 mm ist charakteristisch fuumlr die SchlupfwelleEbenso wie bei Riffeln wird die Veraumlnderung des Schienenwerkstoffs bei der Schlupfwel-lenbildung durch eine periodische Schlupf-bewegung des Rades (Slip-Stick) auf der Schiene verursacht Grundlage fuumlr die Bil-dung und das Anwachsen von Schlupfwellen in Laumlnge und Tiefe ist das Vorhandensein ei-nes Grenzradius des Gleisbogens unterhalb dessen unterschiedliche Radumfangsge-schwindigkeiten von Raumldern eines Radsatzes nicht mehr durch die Konizitaumlt der Raumlder im Zusammenwirken mit dem Spurspiel im Gleis ausgeglichen werden koumlnnenDie Wellenlaumlnge der Schlupfwelle ergibt sich zu
Abb 5 Zusammenhang zwischen Wellenausbildungskoeffizient und Verkehrs-belastung nach [8]
Abb 6 Zusammenhang zwischen Verkehrsbelastung bis zur Saumlttigung in Abhaumlngigkeit von der Wellen laumlnge (bei Riffeln) nach [8]
Abb 7 Modell Schlupfwellenbildung Bewegung des Rades auf unebener geschaumldigter Schiene nach [6]
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Formel 7 Wellenlaumlnge Schlupfwelle nach [6]
Wie Formel 7 zeigt wird die Wellenlaumlnge der Schlupfwelle λSW durch den Reibkoef-fizienten μ die vertikale Radkraft FZ den Radradius rRad den (Gleis-) Bogenradius rB und die Torsionssteifigkeit des Radsatzes (GIP) beeinflusst (Abb 7)Der durch die ruckartige Ausgleichsbewe-gung auftretende Schlupf zwischen Rad und Schiene wird als Schlupfwellenschlupf bezeichnet und ist von den vorhandenen Reibungsverhaumlltnissen zwischen Rad und Schiene abhaumlngig Er wird wie folgt be-schrieben
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Formel 8 Schlupfwellenschlupf
In Kenntnis des Grenzradius der Gleisbouml-gen sind die betreffenden Gleisabschnitte
mit bdquoSchlupfwellenneigungldquo durch rB lt rGrenz ermittelbarDas Fehlerwachstum und die Schaumldigungs-intensitaumlt des Schienenfehlers Schlupfwelle lassen sich analog zu den Riffeln uumlber die
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im Depot von NYCTA gab es aufgrund der kompakten Baugroumlszlige der mobilen Hochleis-tungsfraumlsmaschine MG11 keine Probleme bei der Uumlberstellfahrt in den U-Bahn-Tunnel zum zweiten Bearbeitungsabschnitt
Bearbeitung im TunnelDa die Verschmutzung der Tunnel nach der Schienenbearbeitung eines der Hauptproble-me der Metro bei NYCTA darstellt wurde fuumlr diesen Abschnitt die Abtragstiefe von 1 mm mit einem Vorschub von 12 m pro Minute gewaumlhlt Bei einem so groszligen Abtrag sind bei einer konventionellen Reprofilierung
Abb 5 Die mobile Hochleistungsfraumlsmaschine im Einsatz in einer Station von NYCTA
Abb 4 Die Schienenoberflaumlche nach nur einer Uumlberfahrt ndash vollstaumlndige Entfernung der Schaumldigung und exakt eingestelltes Zielprofil
mit mehreren Uumlberfahrten weitreichende Reinigungs- und Feuerschutzmaszlignahmen zu treffen Die Tatsache dass keine erweiterte Schutz-ausruumlstung (z B Atemschutzmaszlignahmen) beim Einsatz der Maschine im Tunnel noumltig war uumlberraschte alle Teilnehmer Die Besucher standen in der Metrostation direkt neben dem arbeitenden Schienenfraumlszug und dank des Linsinger Fraumlsprozesses der Absaugung und des Filtersystems der mobilen Hochleistungs-fraumlsmaschine kam es zu keinerlei Staubbelas-tung Alles was die MG11 nach der Bearbei-tung hinterlieszlig war eine perfekt reprofilierte und fehlerfreie Schiene
Regenerative Instandhaltung zur Verlaumlngerung der SchienenlebensdauerMit diesem Einsatz der Hochleistungsfraumls-technologie in der New Yorker Subway
konnten die Vorteile dieser innovativen Technologie unter herausfordernden ober- sowie unterirdischen Anwendungsszenarien demonstriert werden Es konnte damit auch eine weitverbreitete Fehlkonzeption bezuumlg-lich des Schienenfraumlsens ausgeraumlumt wer-den Oft wird korrektive Instandhaltung und der damit verbundene hohe Materialabtrag pauschal mit einer Verkuumlrzung der Schie-nenlebensdauer in Verbindung gebracht Jedoch kann mithilfe der Hochleistungsfraumls-technologie genau das verhindert werden Mit der Anwendung einer regenerativen In-standhaltungsstrategie kann durch gezielt angepassten Materialabtrag in spezifischen Bereichen des Schienenkopfes eine maszlig-gebliche Verlaumlngerung der Schienenliege-dauer erreicht und ein vorzeitiger Schienen-tausch und die damit verbundenen hohen Kosten vermieden werden
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Gleisabschnitt zwei symbolisiert durch die Funktion f2Der Zusammenhang zwischen Verkehrsbe-lastung und Wellenlaumlnge gesaumlttigt-ausgebil-deter wellenfoumlrmiger Fehler zeigt Abb 6Zur besseren Einordung und Interpreta-tion wurde zusaumltzlich die Grenze Nutzungs dauer der Schiene (LD) einge-arbeitet welche sich annaumlhernd aus dem vertikalen Abnutzungsvorrat der Schie-ne am Schienenkopf und dem primaumlren homogenen sowie dem sekundaumlren ho-mogenen Verschleiszligpro Jahr bzw Belas-tungseinheit ergibt Der Nutzungsdauer kann eine Wellenlaumlnge λkrit zugeordnet werden Je geringer die Wellenlaumlnge desto schneller waumlchst der sekundaumlre homogene Verschleiszlig umso wichtiger ist dann das Schleifen wellenfoumlrmiger Fehler Daraus folgt aus wirtschaftlicher Sicht sind vor allem Wellen mit Wellenlaumlngen λ lt λkrit interessantAnschlieszligend erfolgen Erlaumluterungen zum Bildungsmechanismus des Schienenfehlers Schlupfwelle Eine hauptsaumlchlich in Gleis-boumlgen (mit Radien unter 500 m) auf der bo-geninneren Schiene auftretende periodische vertikale Unebenheit der Schienenfahr-flaumlche mit einer Wellenlaumlnge λSW zwischen 30 und 300 mm ist charakteristisch fuumlr die SchlupfwelleEbenso wie bei Riffeln wird die Veraumlnderung des Schienenwerkstoffs bei der Schlupfwel-lenbildung durch eine periodische Schlupf-bewegung des Rades (Slip-Stick) auf der Schiene verursacht Grundlage fuumlr die Bil-dung und das Anwachsen von Schlupfwellen in Laumlnge und Tiefe ist das Vorhandensein ei-nes Grenzradius des Gleisbogens unterhalb dessen unterschiedliche Radumfangsge-schwindigkeiten von Raumldern eines Radsatzes nicht mehr durch die Konizitaumlt der Raumlder im Zusammenwirken mit dem Spurspiel im Gleis ausgeglichen werden koumlnnenDie Wellenlaumlnge der Schlupfwelle ergibt sich zu
Abb 5 Zusammenhang zwischen Wellenausbildungskoeffizient und Verkehrs-belastung nach [8]
Abb 6 Zusammenhang zwischen Verkehrsbelastung bis zur Saumlttigung in Abhaumlngigkeit von der Wellen laumlnge (bei Riffeln) nach [8]
Abb 7 Modell Schlupfwellenbildung Bewegung des Rades auf unebener geschaumldigter Schiene nach [6]
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Formel 7 Wellenlaumlnge Schlupfwelle nach [6]
Wie Formel 7 zeigt wird die Wellenlaumlnge der Schlupfwelle λSW durch den Reibkoef-fizienten μ die vertikale Radkraft FZ den Radradius rRad den (Gleis-) Bogenradius rB und die Torsionssteifigkeit des Radsatzes (GIP) beeinflusst (Abb 7)Der durch die ruckartige Ausgleichsbewe-gung auftretende Schlupf zwischen Rad und Schiene wird als Schlupfwellenschlupf bezeichnet und ist von den vorhandenen Reibungsverhaumlltnissen zwischen Rad und Schiene abhaumlngig Er wird wie folgt be-schrieben
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Formel 8 Schlupfwellenschlupf
In Kenntnis des Grenzradius der Gleisbouml-gen sind die betreffenden Gleisabschnitte
mit bdquoSchlupfwellenneigungldquo durch rB lt rGrenz ermittelbarDas Fehlerwachstum und die Schaumldigungs-intensitaumlt des Schienenfehlers Schlupfwelle lassen sich analog zu den Riffeln uumlber die
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6 Dipl-Ing Dr mont Richard Stock Milling Technology Manager fuumlr die oumlsterreichischen Firmen Linsinger und Linmag GmbH in Vancouver Kanada rstocklinmagcom
Dipl-Ing (FH) Peter Moser International Sales Manager Rail Milling Department Linsinger pmoserlinsingercom
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