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Die Erfindung bezieht sich auf das Schweißen von Eisenbahnschienen.
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Man kennt in der Technik zwei Kategorien von Verfahren zum Stumpfschweißen von
Schienen, um Gleise gemäß der Technik der langen verschweißten Schienen (LRS) zu
bilden, nämlich das Schweißen mit Metallzugabe und das Schweißen ohne Metallzugabe. Die
in diese beiden Kategorien fallenden Verfahren sind im einzelnen im Werk von Herrn Jean
ALIAS, "LA VOIE FERREE" (Seite 162 bis 168, 2. Auflage, Paris, EYROLLES 1984),
beschrieben.
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Bei direkt auf der Strecke auszuführenden Schweißungen wird dem Schweißverfahren mit
Metallzugabe, dem sogenannten Verfahren des "aluminothermischen Schweißens", von den
Fachleuten der Vorzug gegeben. Denn trotz einer geringeren physikalischen Qualität
aufgrund der Metallzugabe wird diese Qualität als die einzige angesehen, die es gestaffet,
eine optimale geometrische Qualität zu erzielen. Nun aber ist dieses Erfordernis der
geometrischen Qualität wesentlich für Strecken, auf denen man Schnellzüge, wie den
französischen TGV, verkehren lassen will.
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Elektrische Schweißungen ohne Metallzugabe, die durch das sogenannte Verfahren des
"Abbrennstumpfschweißens" erhalten werden, werden in Werkstätten praktiziert, in denen
große Pressen vorgesehen sind, die es gestatten, die Schiene nach dem Verschweißen
auszurichten, um die gewünschte geometrische Qualität zu erzielen.
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Es wurden Versuche durchgeführt, um elektrische Schweißungen direkt auf der Strecke
vorzunehmen. Zu diesem Zweck wurden Maschinen entworfen, die aus einem Fahrzeug mit
Eigenantrieb bestehen, welches an einem seiner Enden mit einem ausfahrbaren Rahmen
versehen ist, der den Schweißkopf trägt.
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Die Ergebnisse waren nicht zufriedenstellend, und diese Maschinen werden in der Praxis für
Strecken, bei denen die geometrische Qualität eine unabdingbare Voraussetzung darstellt,
nicht eingesetzt.
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Denn die geometrische Qualität wird, wie weiter oben angegeben wurde, nicht erreicht, wenn
durch elektrisches Schweißen die metallische Qualität der Schweißung vollkommen ist. Nun
aber kommt es aus technischen und finanziellen Gnünden nicht in Betracht, auf der Strecke
die großen Richtpressen einzusetzen, die erforderlich wären, um die perfekte geometrische
Qualität zu erhalten.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, für das Verlegen auf der Strecke beim Vorrücken die
Verwendung von Schweißmaschinen ohne Metallzugabe zu gestatten, wodurch eine
Schweißqualität erreicht wird, die der beim Schweißverfahren mit Aluminothermie erhaltenen
gleichwertig ist oder sie sogar übertrifft.
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Der Anmelder hat festgestellt, daß der Hauptgrund für die geometrische Unvollkommenheit
von Schweißungen, die mit Hilfe der bekannten elektrischen Schweißmaschinen auf der
Strecke durchgeführt werden, das Phänomen des Festspannens der Schiene unter den
Rädern der Maschine in der Nähe der Schweißstelle ist. Denn diese Maschinen mit sehr
hohem Gewicht (40 bis 70 Tonnen) unterziehen die Schiene starken vertikalen und
horizontalen Belastungen und erzeugen auf diese Weise im Moment der Herstellung der
Schweißnaht und während deren Abkühlung Spannungen in der Schweißstelle, die deren
Geometrie verändern.
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Mit dem Ziel, diese Nachteile zu beheben, und es zu gestatten, auf der Strecke geometrisch
perfekte Schweißnähte durch Schweißen ohne Metallzugabe zu erhalten, ist das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schweißmaschine
einsetzt, welche mit Mitteln versehen ist, die es gestatten, daß sie während des
Schweißvorganges und zumindest während des Beginns der Abkühlung der Schweißstelle
oberhalb des Gleises gehalten wird, ohne auf den Schienen zu stehen, daß vor dem
Schweißvorgang an den Schienen auf beiden Seiten der Schweißstelle die
Schwellenschrauben gelöst werden und daß die Schienen auf wenigstens der stromabwärts
der Schweißstelle liegenden Seite an ihrem Ende frei sind.
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So erfährt die Schiene bei der Arbeit des Schweißkopfes und zumindest während des
Beginns der Abkühlung der Schweißstelle keinerlei Belastung außer der des Kontaktdrucks
zwischen den Schienenenden (ungefähr 120 Tonnen), und die Geometrie der Schiene wird
durch den Schweißvorgang nicht beeinträchtigt.
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Denn dank des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schweißstelle in einem besonders
kritischen Moment, in dem sie noch plastisch und daher sehr leicht verformbar ist, nämlich
dem Moment des Schweißens und der Anfangsphase der Abkühlung (einige Minuten), gegen
jegliche äußere Krafteinwirkung geschützt.
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Aufgrund des enormen Unterschiedes des Kräfteverhältnisses zwischen dem Preßdruck (in
der Größenordnung von 120 Tonnen) und dem Entfallen jeglicher anderer Spannung in der
Schiene, bedingt durch deren Freigabe und das Fehlen von Druck, der von der
Schweißmaschine auf die Schiene an der Stelle der Schweißung oder in unmittelbarer Nähe
derselben ausgeübt wird, wird die geometrische Vollkommenheit der Schweißnaht bei deren
Entstehen bewahrt.
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Nicht nur die geometrische Vollkommenheit der Schweißnaht wird bewahrt, sondern es wird
auch die physikalische Struktur des Metalls vollständig erhalten, ohne irgendwelche
Beschädigungen, die auftreten wenn ein Ausrichten der erhitzten Teile erforderlich ist, wie es
in der Fabrik nach einem elektrischen Schweißvorgang durchgeführt wird.
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Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens auf einer Baustelle, bei der die
Kontinuität der Schienen stromaufwärts bezüglich der Bewegungsrichtung der Baustelle nicht
unterbrochen ist, beträgt die Länge, über die die Schienen stromaufwärts der Schweißstelle
abgelascht werden, bevorzugt zumindest 10 m bis 40 m, wogegen die Schienen
stromabwärts der Schweißstelle bis zu ihrem freien Ende abgelascht werden, welches sich in
sehr weiter Entfernung von der Schweißstelle befinden kann (400 m und mehr, wobei die
Beschränkung darin besteht, eine Länge an loser Schiene nicht zu überschreiten, bei der das
Gewicht der Schiene die Anpreßkraft des Schweißkopfes zu beeinträchtigen drohen würde).
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Was in der Tat wichtig ist, ist, daß die Schiene auf beiden Seiten der Schweißstelle von jeder
mechanischen Belastung in vertikaler Richtung und in Querrichtung befreit ist und daß sie auf
zumindest einer Seite längsverschiebbar ist, damit der mit dem elektrischen Schweißen ohne
Metallzugabe einhergehende Längenverbrauch (ungefähr 4 cm pro Schweißstelle) keinerlei
störende Spannung in der Schiene induziert.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Schiene im Moment der Schweißung
und während des Beginns der Abkühlung auf beiden Seiten der Schweißstelle sozusagen
lose, was die Entstehung solcher störender Spannungen verhindert.
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Im Falle des Schweißens bei einer Baustelle zum Verlegen von Gleis in Bewegung werden
also an dem stromaufwärts der Schweißstelle gelegenen Abschnitt der Schienen über eine
Länge von zwischen 10 m und 40 m die Schwellenschrauben gelöst, wobei dieser Abschnitt
der Schienen jedoch mit dem vorher verlegten und verschweißten Gleis verbunden bleibt,
während die Schienen an ihrem stromabwärts gelegenen Abschnitt in allen Richtungen völlig
frei sind, denn sie sind nicht nur durch keinerlei Befestigungsmittel am Gleis befestigt,
sondern darüber hinaus wird auch ihr Ende nicht festgehalten.
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Im Fall eines Einsatzes des Verfahrens für die Reparatur einer Schweißstelle an einem
bestehenden Gleis müssen stromaufwärts der Schweißstelle über eine Länge von mindestens
10 m die Schwellenschrauben gelöst werden, es muß ein Schnitt bei der gewünschten Länge
stromabwärts der Schweißstelle durchgeführt werden, und die Schwellenschrauben der
Schienen müssen dann auf der gesamten Länge zwischen dem Schnitt und der Schweißstelle
gelöst werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und zum
Verhindern der möglichen Reibung der Schienen auf den Traversen, die dem Vorgang der
Verkürzung der Schienen inhärent ist, der vom Schweißkopf ausgelöst wird, werden die
Schienen, nachdem sie gelöst worden sind, auf Tragerollen gelegt. So wird jegliches
Auftreten eines Längszuges an der Schiene entgegengesetzt zur Kontaktkraft, welche vom
Schweißkopf ausgeübt wird, verhindert.
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Diese Rollen können auf beiden Seiten der Schweißstelle angeordnet, aber von jeder bereits
bekannten Art, z.B. einzelne, auf einem Träger befestigte Rollen, sein. Vorteilhafterweise wird
man einfache Rundeisen verwenden.
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Nur als nicht einschränkendes Anwendungsbeispiel sei erwähnt, daß es das
erfindungsgemäße Schweißverfahren gestattet, das Verfahren zum Verlegen von Gleisen
beim Vorrücken mittels eines Vorschiebeträgers zu optimieren, welcher vorher
aneinandergefügte Gleiselemente über eine Länge von 12 m bis 24 m absetzt.
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Ein solcher Träger ist z.B. in dem französischen Patent Nr. 2 612 532 der Anmelderin
beschrieben.
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Gemäß diesem Verfahren, das entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden
kann, setzt der Träger eine Reihe von 16 Gleiselementen einer Länge von 12 m bis 24 m ab
und bleibt auf dem zuletzt abgesetzten Element auf Station.
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Die Schienen werden dann über eine Länge von mindestens 10 m auf der stromabwärts
gelegenen Seite des Gleises und auf der stromaufwärts gelegenen Seite über die gesamte
Gleislänge hinweg abgelascht, und die Schweißmaschine wird auf das abgelaschte Gleis
gebracht.
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Diese Maschine ist mit Mitteln versehen, die es zulassen, daß sie auf dem Boden steht, ohne
auf den Schienen zu stehen.
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Sie kann z.B. an beiden Enden ihres Rahmens seitliche hydraulische Kufen aufweisen, die es
gestatten, daß sie sich am Ort der Schweißung über das Gleis erhebt.
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Sie könnte auch mit Gleisketten oder einer Bereifung versehen seinu die es ihr gestatten,
unter Abstützung auf der Verlegeplattform oberhalb des Gleises zu rollen.
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Sie könnte weiter mit Mitteln zur Abstützung auf den Traversen versehen sein, z.B. mit
einschiebbaren Zylindern, die unter ihrem Rahmen angebracht sind.
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Wenn die Schweißmaschine zum Ort des Schweißens gebracht und durch das eine oder das
andere der oben beschriebenen Mittel über die Schienen angehoben wurde, werden zwischen
den Traversen unter den vorher abgelaschten Schienen einzelne Rollen angeordnet.
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Man wird z.B. alle 5 m eine Rolle anbringen, da bei diesem Abstand kein Durchbiegen des
Metalls aufgrund dessen Gewichts auftritt.
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Der Schweißkopf wird dann in Betrieb gesetzt und verschweißt die völlig gelösten, sich lose
auf ihren Rollen befindlichen Schienen.
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Nach Ausführung der ersten Schweißung wird die Maschine wieder auf die Schienen gestellt,
bis zur nächsten Schweißstelle geführt und wieder in angehobene Position über die Schienen
gebracht usw..
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Jede Schweißung verursacht im Durchschnitt eine Verkürzung von 4 cm auf der
verschweißten Länge.
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Die Schweißmaschine schweißt vorzugsweise hinten, d.h. der Schweißkopf befindet sich
hinten bezüglich der Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine auf dem vom Träger
abgesetzten Gleis. So kann die Maschine, sobald der Schweißvorgang beendet ist, zur
folgenden Schweißstelle bewegt werden, ohne daß man die vollständige Abkühlung der
gerade ausgeführten Schweißnaht abwartet, da die Maschine nicht darüber rollen muß.
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Wenn die Maschine die beiden Schienenreihen der ersten 15 Elemente, die vom Träger
abgesetzt wurden, verschweißt hat, kehrt sie zur Basis-Baustelle oder zu einer Warteschleife
zurück, damit der Vorschiebeträger, der auf dem 16. Element stationiert ist, wieder zur Basis-
Baustelle zurückkehren kann, um eine neue Ladung von 16 vorher aneinandergefügten
Längen aufzunehmen.
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Aufgrund der Verkürzung des Gleises tritt zwischen der 15. und der 16. Länge eine Lücke von
ungefähr 60 cm auf, die mit einem provisorischen Abschnitt gefüllt wird, um die Rückkehr des
Trägers zu gestatten. Nach dem Überfahren des Abschnittes wird der Träger dazu eingesetzt,
den Abschnitt zu entfernen und das 16. Element in Kontakt mit dem bereits verschweißten
Gleis zu bringen.
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Diese Abfolge kann beliebig oft auf der Gesamtlänge der Verlegebaustelle wiederholt werden.
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Das Prinzip der völligen Freigabe der Schienen zum Zeitpunkt der Schweißung durch den
Schweißkopf, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, kann vorzugsweise auch zum
Verschweißen von Schienen in der Fabrik angewandt werden, mit dem Vorteil, daß der
Vorgang des Ausrichtens auf der Presse entfällt, der in der Fabrik dem Durchlauf der
Schienenreihe durch die Schweißmaschine folgt und eine Veränderung der physikalischen
Struktur des Metalls bewirkt.
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Denn bei den derzeit in den Schweißfabriken eingesetzten Verfahren werden die
Schienenlängen in Reihen bereitgestellt, die kontinuierlich zur Schweißmaschine geschoben
und dann in noch heißem und somit plastischem Zustand zu einer Preßstation gezogen
werden, die zur Begradigung des Schienenprofils vorgesehen ist.
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Die Erfindung zielt daher gleichermaßen auf ein Verfahren zum Schweißen von Schienen an
einer ortsunveränderlichen Baustelle (Fabrik) ohne Metallzugabe ab, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Schienen in Reihen auf Rollen angeordnet werden und daß die
Schweißmaschine oberhalb der zu verschweißenden Schienenreihen läuft, ohne auf diesen
Schienen aufzuliegen oder eine andere Belastung als die durch den Schweißkopf selbst
gegebene auf sie auszuüben.
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Man versteht, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Gegenteil dessen, was derzeit
in den Fabriken zum Verschweißen von Schienen praktiziert wird, gemacht wird. Denn in den
letzteren werden die Schienen in Bewegung gebracht (geschoben und dann gezogen), um zu
festen Schweiß- und Ausrichtstationen zu gelangen, wogegen es gemäß der Erfindung die
Schweißmaschine ist, die entlang der zu verschweißenden Reihe an Schienen, die ihrerseits
stationär bleiben, läuft.