EP1682304A1 - Verfahren zum verschweissen von zwei schienen eines gleises - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verschweißen von zwei Schienen (8, 10, 14) eines Gleises durch ein Schweißaggregat (1) einer Schweißmaschine (20), wobei zwei jeweils durch ein Klemmbackenpaar (6) des Schweißaggregates (1) erfaßte Schienen (8, 10, 14) unter Beaufschlagung von Stauchzylindern (3) in Schienenlängsrichtung bewegt und miteinander verschweißt werden, wobei im Rahmen einer sogenannten Schlussschweißung in einer Arbeitsrichtung (11) vor der Maschine (20) durch eine kraftschlüssige Verbindung eines Abschnittes der Schiene (14) mit Schwellen (15) ein Schienenanker (16) gebildet wird und bei einer Abweichung einer aktuellen Schienentemperatur von einer örtlichen Neutraltemperatur Spannungen in die zu verschweißenden Schienen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Verschweißung einer - bezüglich der Arbeitsrichtung der Schweißmaschine (20) - ersten mit einer zweiten Schiene (8, 10) durch eine Schienendrückvorrichtung (19) in Richtung zur ersten Schiene (8) eine Druckkraft in ein vorderes Schienenende (7) der zweiten Schiene (10) zur Erzeugung einer Druckspannung eingebracht wird, wobei sich die Schienendrückvorrichtung (19) an einem Schienenanker (16) einer an die zweite Schiene (10) anschließenden dritten Schiene (14) abstützt, und dass nach Beendigung des Schweißvorganges die erste Schiene (8) mit den Schwellen (15) verspannt wird.

Description

Verfahren zum Verschweißen von zwei Schienen eines Gleises.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von zwei Schienen eines Gleises gemäß den im Oberbegriff von Anspruch 1 angeführten Merkmalen.

Durch US 5 099 097, US 5 136 140, US 4 929 816 ist je ein Schweißaggregat bekannt, das zur Einbringung von erhöhten Zugkräften in die zu verschweißenden Schienen mit einer Schienenzieheinrichtung ausgestattet ist. Damit können auch lang verschweißte Schienen unter der Neutraltemperatur im Rahmen einer sogenannten Schlussschweißung verschweißt werden.

Durch einen Artikel 'Mobile flash-butt rail welding: three decades of experien- ce' in der Zeitschrift 'Rail Engineering International', Edition 2002/3, Seiten 11 bis 16, ist es ebenfalls bekannt, zur Durchführung von Schlussschweißungen eine das Schweißaggregat umschließende Schienenzieheinrichtung zu verwenden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art, mit dem eine Verschweißung der Schienen auch oberhalb der Neutraltemperatur möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.

Mit einem derartigen Verfahren können die Schweißarbeiten erstmals unabhängig von der aktuellen Temperatur durchgeführt werden. Dies führt zusätzlich zu wirtschaftlichen Vorteilen auch zu einer erhöhten Sicherheit, da nunmehr keine Notlaschenverbinder verwendet werden müssen, bis die aktuelle Temperatur im Neutralbereich liegt. Weitere Vorteile und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Zeichnung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 je eine Ansicht eines Schweißaggregates, und Fig. 3 bis 7 schematische Darstellungen des Schweißvorganges.

Ein in Fig.1 und 2 dargestelltes Schweißaggregat 1 setzt sich im wesentlichen aus zwei voneinander distanzierten Aggregathälften 2 zusammen, die durch in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnete und parallel zueinander verlaufende Stauchzylinder 3 in deren Längsrichtung verschiebbar miteinander verbunden sind. Jeder der beiden Aggregathälften 2 besteht aus zwei - um eine in Schienenlängsrichtung verlaufende Achse - zangenförmig zueinander verschwenkbaren Aggregathebeln 4 mit als Elektroden wirksamen Klemmbacken 5 zweier Klemmbackenpaare 6. Diese sind jeweils zur Anlage an ein vorderes Schienenende 7 einer ersten Schiene 8 und an ein hinteres Schienenende 7 einer zweiten Schiene 10 vorgesehen.

Die beiden in Gleisquerrichtung einander gegenüberliegenden Aggregathebeln 4,5 sind in ihrem oberen Endbereich durch einen Spannzylinder 12 zum Anpressen der Klemmbacken 5 an die Schienen 8,10 miteinander verbunden. Das Schweißaggregat 1 ist an einem an einer Schweißmaschine 20 befestigten Teleskopkran aufgehängt. Die Energieversorgung erfolgt durch einen in der Schweißmaschine 20 angeordneten Generator und eine Hydraulikpumpe. Zur Durchführung des Schweißvorganges und Aufzeichnung verschiedener Schweißparameter ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen.

Bei einem lückenlos verschweißten Gleis treten Druckspannungen auf, sobald die aktuelle Schienentemperatur über eine Neutral-Temperatur ansteigt. Sinkt die Schienentemperatur unter die Neutral-Temperatur, so treten Zugspannungen auf. Das Verschweißen erfolgt nach dem Abbrennstumpf-Schweißverfahren. Die Schienen werden bei einer über Neutraltemperatur befindlichen Schienentemperatur zu ca. 360 m langen Teilabschnitten verschweißt. Die der Einfachheit halber hier als erste, zweite und dritte Schiene bezeichneten Teilabschnitte werden schließlich durch sogenannte Schluss-Schweißungen verbunden.

Wenn nun beispielsweise die vor Durchführung der Schluss-Schweißung gemessene aktuelle Schienentemperatur 30° und die Neutraltemperatur 20° betragen, ergibt sich folgende Soll-Druckspannung: σ_SOιι = E . α . Δ t

E = Elastizitätsmodul des Schienenstahls [215000 N/mm²],

Δ t = Temperaturänderung [°C], α = Wärmedehnungskoeffizient des Schienenwerkstoffes [0,0000115] σ_SOιι = 215000 . 0,0000115 . 10 = 24,73 N/mm² Daraus ergibt sich bei einer UIC 60 Schiene mit einer Fläche von 7686 mm² folgende Soll-Druckkraft F_SOιι. Fβoii - 24,73 . 7686 = 190 074 N bzw. 190 kN (Kilonewton).

Die Soll-Druckkraft wird nach Eingabe der Neutraltemperatur, der aktuellen Schienentemperatur sowie der Schienentype in die Steuereinrichtung 13 durch einen Mikroprozessor errechnet.

Im folgenden wird nun die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben:

Zum Verschweißen der - in Arbeitsrichtung 11 einer Schweißmaschine 20 gesehen - ersten mit der zweiten Schiene 8,10 über Neutraltemperatur muss zuerst durch Verspannen eines Abschnittes einer an die zweite Schiene 10 angrenzenden dritten Schiene 14 mit zugeordneten Schwellen 15 ein Schienenanker 16 gebildet werden (s. Fig. 3 u. 4). Damit wird eine Längsbewegung der dritten Schiene 14 relativ zu den zugeordneten Schwellen 15 ausgeschlossen. Eine hydraulische Schienendrückvor- richtung 19 wird kraftschlüssig mit den aneinandergrenzenden Schienenenden 7 der zweiten und dritten Schiene 10,14 kontaktiert, während auf die aneinandergrenzen- den Schienenenden 7 der ersten und zweiten Schiene 8,10 das Schweißaggregat 1 aufgesetzt und durch die Klemmbacken 5 kraftschlüssig mit den beiden Schienenenden 7 verbunden wird.

Der Schweißvorgang wird damit eingeleitet, dass die beiden durch die Klemmbacken 5 erfassten Schienenenden 7 unter Beaufschlagung der Stauchzylinder 3 voneinander bewegt werden, bis aneinander grenzende Stirnflächen 9 der beiden Schienenenden 7 eine Schweißlücke w_s von 3 Millimeter bilden. Dabei erfolgt permanent über den Druck in den Stauchzylindern 3 eine Kraftmessung und über den Abstand der beiden Klemmbackenpaare 6 zueinander auch eine Wegmessung. Nach Bildung der Schweißlücke w_s wird unter Stromzufuhr die eigentliche Schweißung gestartet und die Voneinanderbewegung der beiden Klemmbackenpaare 6 in eine Zueinanderbe- wegung umgekehrt (s. Fig. 7) und damit die Abbrandphase mit dem abschließenden Stauchschlag eingeleitet. Diese Zueinanderbewegung wird programmgemäß unter Aufrechterhaltung einer geringfügigen Distanzierung der Schienenenden 7 zueinander durchgeführt und schließlich bei einer Stauchkraft von 30 N/mm² mit dem Stauchschlag beendet. In dieser Phase tritt eine Verkürzung jedes Schienenendes 7 um etwa 17,5 mm auf. Dies führt naturgemäß zu einem Abfall der Ist- Schienenspannung unter die Soll-Druckspannung.

Um trotz dieser Schienenkürzung die Soll-Druckspannung aufrecht zu erhalten, wird parallel zur Abbrandphase durch die Schienendrückvorrichtung 19 eine - ebenfalls in der Steuereinrichtung 13 registrierte - Druckkraft P₊ in Richtung zum Schweißaggregat 1 in das vordere Schienenende 7 der zweiten Schiene 10 zur Erzeugung einer Druckspannung eingebracht. Diese sollte aufgrund des Reibungswiderstandes zweckmäßigerweise etwas höher sein als die Soll-Druckspannung. Es wird damit gleichsam über eine durch Schienenanker 16, Hydraulikzylinder 21 der Schienendrückvorrichtung 19, zweite Schiene 2 und Stauchzylinder 3 gebildete Kraftkette die Soll-Druckspannung auf die erste Schiene 8 übertragen. Das Erreichen der Soll- Druckspannung wird über die Stauchzylinder 3 registriert und kann unter Einbeziehung des Hydraulikzylinders 21 der Schienendrückvorrichtung 19 automatisch gere- gelt werden. Es ist aber auch möglich, die Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 21 händisch zu steuern, wobei die im Bereich des Schweißaggregates 1 auftretende Druckspannung auf einem Display kontrolliert wird.

Durch dieses Verfahren ist sichergestellt, dass nach Abschluss der Schienenver- schweißung in den miteinander verschweißten Schienen 8,10 die zur aktuellen Schienentemperatur korrelierende Soll-Druckspannung vorherrscht. Sobald die erste Schiene 8 durch Anziehen der Schienenbefestigungsmittel bzw. Montage von Schienenklemmen vorschriftsmäßig zur Gänze mit den zugeordneten Schwellen 15 verbunden (bzw. verankert) ist, werden Hydraulikzylinder 21 der Schienendrückvorrichtung 19 drucklos geschaltet. Das Schweißaggregat 1 kann bereits unmittelbar nach Entfernung eines Schweißwulstes von den Schienen 8,10 gelöst und abgehoben werden.

Nach Positionierung des Schweißaggregates 1 über den beiden Schienenenden 7 der zweiten und dritten Schiene 10,14 können diese unter Wiederholung der Verfahrensschritte miteinander verschweißt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zum Verschweißen von zwei Schienen (8,10,14) eines Gleises durch ein Schweißaggregat (1 ) einer Schweißmaschine (20), wobei zwei jeweils durch ein Klemmbackenpaar (6) des Schweißaggregates (1 ) erfasste Schienen (8,10,14) unter Beaufschlagung von Stauchzylindern (3) in Schienenlängsrichtung bewegt und miteinander verschweißt werden, wobei im Rahmen einer sogenannten Schlussschweißung in einer Arbeitsrichtung (11 ) vor der Maschine (20) durch eine kraftschlüssige Verbindung eines Abschnittes der Schiene (14) mit Schwellen (15) ein Schienenanker (16) gebildet wird und bei einer Abweichung einer aktuellen Schienentemperatur von einer örtlichen Neutraltemperatur Spannungen in die zu verschweißenden Schienen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Verschweißung einer - bezüglich der Arbeitsrichtung der Schweißmaschine (20) - ersten mit einer zweiten Schiene (8,10) durch eine Schienendrückvorrichtung (19) in Richtung zur ersten Schiene (8) eine Druckkraft in ein vorderes Schienenende (7) der zweiten Schiene (10) zur Erzeugung einer Druckspannung eingebracht wird, wobei sich die Schienendrückvorrichtung (19) an einem Schienenanker (16) einer an die zweite Schiene (10) anschließenden dritten Schiene (14) abstützt, und dass nach Beendigung des Schweißvorganges die erste Schiene (8) mit den Schwellen (15) verspannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die an die erste und zweite Schiene (8,10) angepressten Klemmbackenpaare (6) in einer ersten Phase des Schweißvorganges voneinander distanziert werden, bis einander benachbarte Stirnflächen (9) der beiden Schienen (8,10) zur Bildung einer Schweißlücke w_s voneinander distanziert sind und in einer zweiten Phase die Klemmbackenpaare (6) unter Stromzuführung zueinander bewegt werden und parallel dazu die Druckkraft durch die Schienendrückvorrichtung (19) in die zweite Schiene (10) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Druckkraft der Schienendrückvorrichtung (19) erzeugte Druckspannung wenigstens einer zur aktuellen Schienentemperatur korrelierenden Soll- Druckspannung entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißaggregat (1 ) und die Schienendrückvorrichtung (19) synchron gesteuert werden.