Wer an Weichen für Züge, Straßen- oder U-Bahnen denkt, denkt vermutlich nicht sofort an Fräsmaschinen – gebogene oder gerade Schienenstücke kommen direkt aus dem Walzwerk. Anders Zungen und Herzstücke, wie es im Fachjargon heißt. Diese Teile werden aus einem Block gefräst. Zungen dienen zur Verstellung von Weichen, Herzstücke heißen die Mittelstücke von Kreuzungen. Vossloh Laeis in Trier ist Spezialist für solche Teile. Auf Herzstücke und Kreuzungen in Monoblockausführung hat das Unternehmen ein Patent. Der Vorteil dieser Konstruktionen: sie kommen ohne Schrauben aus.

Um den Weichenspezialisten bei Diskussionen folgen zu können, muss eine weitere Begriffsklärung vorgenommen werden. Es gibt Vignolschienen und Rillenschienen. Die Eisenbahn fährt auf Vignolschienen, Straßenbahnen und viele Industriebahnen fahren auf Rillenschienen. Aufgrund der verschiedenen Achsabstände bzw. der kleinstmöglichen Bogenradien gibt es gewaltige Größenunterschiede. Vignolweichen sind mit 30-40 m etwa dreimal so lang wie Rillenschienenweichen. Bei Rillen gibt es hingegen viele Ausführungsvarianten bezüglich Breite und Neigung. Gängige Breiten sind 36, 32 oder 23 mm, gängige Neigungen 1:4 oder 1:6. Bei Vossloh Laeis werden alle Schienenarten bearbeitet, jedoch überwiegt der Anteil Rillenschienen mit rund 80 Prozent deutlich. Das liegt zum einen daran, dass die Bahn ihre Schienen größtenteils selbst bearbeitet, zum anderen befinden sich Straßenbahnen zur Zeit im Aufwärtstrend.

In Sachen Festigkeit ganz oben

Aus zerspanungstechnischer Sicht ist das Material, der Schienenstahl, eine Besonderheit. Die Belastung im täglichen Betrieb ist enorm. Ziel bei der Schienenherstellung ist eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen. Deshalb sind hohe Festigkeiten gefragt, gebräuchlich sind 700-1300 N/mm2. Im unteren Festigkeitsbereich liegt der „normale“ Schienenstahl mit den Bezeichungen S700, S800, S900 usw. (die Zahlen geben die Festigkeit an). Seine Widerstandsfähigkeit erhält das Material durch einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt, durch den Walzvorgang und eventuelle Vergütungsprozesse. Neben Normal-Schienenstahl gibt es auch Highend-Stahl, dieser wird unter Herstellerbezeichnungen geführt. Im Vossloh-Konzern heißt das patentierte Topp-Material

Cogidur, dieses liegt mit 1300 N/mm2 ganz oben in der Festigkeitsskala. Aus preislichen Gründen werden Cogidur-Schienen in der Regel in geschweißter Sandwichbauweise mit ST52 als Unterbau ausgeführt.

Geringe Abweichungen in der Zusammensetzung, walzbedingte Festigkeitsunterschiede (100 N/mm2 sind keine Seltenheit), auf Wunsch aufgeschweißte Kopfvergütungen aus CrNi-Material, unterschiedliche Auflageverhältnisse auf dem Maschinentisch – das sind alles Umstände, welche den Fräsern und Bohrern das Leben schwer machen. „Es kann sein, dass sich der erste Block gut bearbeiten lässt, der nächste aber viel schwieriger, ohne dass genau ersichtlich ist, woran das liegt“, erklärt Stephan Bartzen, AV-Verantwortlicher bei Vossloh Laeis.

Wechselnde Bedingungen im Griff

Angesichts derartig wechselnder Bedingungen sind die Weichenfachleute bei Vossloh Laeis auf robuste Werkzeuge angewiesen. Bei den Fräsern wird vor allem auf Präzisionswerkzeuge von WALTER zurückgegriffen. Der Hartmetallspezialist ist seit über 20 Jahren Werkzeugpartner, heute liegt der Anteil der Fräser aus Tübingen bei etwa 70 Prozent. Benötigt werden hauptsächlich Plan- und Igelfräser. Hinzu kommen kegelförmige Neigungsfräser für die Rillen. Das sind Sonderformfräser, welche in der Lage sind, die Spurrillen in nur einem Arbeitsgang zu fräsen.

Seit WALTER die Xtra.tec-Reihe auf den Markt gebracht hat, kommen verstärkt diese Typen zum Einsatz, beispielsweise der Planfräser F4033 mit acht Schneidkanten pro Wendeplatte. Als Schneidstoff wird überwiegend die universelle Tiger.tec-Sorte WKP35 verwendet. „Diese Sorte vereinigt hohe Härte und Zähigkeit, sie eignet sich sowohl für ein breites Werkstoffspektrum wie auch für wechselnde Bearbeitungsbedingungen wie sie bei Vossloh Laeis typischerweise vorkommen“, erklärt Josef Alt, technischer Berater bei WALTER.

Die Bearbeitung selbst ist eine trockene Schruppbearbeitung. Die Toleranzen liegen im Bereich +/– 0,1 mm. „Genauer“ fahren Schienenfahrzeuge nicht. Stephan Bartzen erklärt: „Für unsere Anforderungen benötigen wir keine geschliffenen Präzisionswendeplatten, wir greifen daher auf umfangsgesinterte Ausführungen mit stabilen Geometrien zurück. Was wir benötigen, sind hohe Standzeiten.“ Werden beispielsweise Rillen mit 40-50 mm Tiefe in Gleisbögen von 10m Länge gefräst, muss bei einem Schneidenbruch der Maschinenbediener aus dem Bogen ausfahren und die Bearbeitung unterbrechen. Das ist natürlich unerwünscht.

In der Regel keine Regel-Schnittwerte

Aufgrund der wechselnden Bearbeitungsbedingungen sind Angaben über Schnittwerte beim Schienenfräsen stets individuell und auf ein spezielles Werkstück bezogen. Auch sind die Bearbeitungen stark von der Maschine abhängig. Bei Vossloh Laeis sind zwei große Portalfräsmaschinen im Einsatz, umgebaut für diese speziellen Anforderungen.

Neben den Fräsern von WALTER werden auch verstärkt die Xtra.tec-Bohrer des Typs B40 mit Hartmetallwechselspitze verwendet. An sich erfordern Schienen wenig Bohrungen, doch bei einem Großauftrag für einen Aufraggeber aus Vancouver/Kanada ist das anders. Die Schienen werden am Ende gelascht, dafür sind zahlreiche Bohrungen mit Durchmessern 19, 26, 28,5, 30mm notwendig. Gebohrt wird in der Mitte der Schienenstege, also in einem normalerweise eher weichen Bereich. Bei diesem Auftrag wird jedoch der Kopf gehärtet; die Härte reicht bis in den Stegbereich. „Die HSS-Bohrer, die wir sonst verwenden, sind nach zirka 15 Bohrungen unbrauchbar“, berichtet Stephan Bartzen, „mit den Xtra.tec-Bohrern haben wir die Bearbeitung aber gut im Griff.“ Über diese Schienen und Weichen, Vignolschienen im übrigen, werden einst die Besucher der Winterolympiade rollen.

„Vor Jahren, als es nur Standard-Schienstahl wie S800 usw. gab, war die Bearbeitung einfacher und voraussehbarer“, resümiert Stephan Bartzen, „heute haben wir zahlreiche verschiedene Materialien und zudem sehr hohe Festigkeiten. Fast jeder Auftrag bringt andere zerspanungstechnische Anforderungen mit sich. Ohne robuste, universell einsetzbare Werkzeuge, die auch wechselnden Bearbeitungsbedingungen stand halten, geht es nicht.“

Artikel erschienen in WT 104 auf Seite 78.