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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein System oder eine Vorrichtung zum korrekten Ausrichten und/oder
Schweißen
von Eisenbahnwägen,
Untergrundwägen
und dergleichen.
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Das Herstellen von Wägen für Eisenbahn- und
Untergrundsysteme umfasst im Wesentlichen das getrennte Vorbereiten
des Wagenbodens oder -betts, der zwei Drehgestellrahmen (Körperseiten) und
des Dachs, und das manuelle Zusammenschweißen dieser vier Teile durch
das Eingreifen einzelner Arbeiter, um zuerst den Boden mittels CO2-Schweißung
an den beiden Körperseiten
zu befestigen, und dann das Dach an den beiden Körperseiten, nachdem das Dach über den
Seiten ausgerichtet worden ist. Dieser Vorgang ist bereits beim Herstellen
von Eisenbahnwägen
störungsanfällig, da das
Nachschweißen
der Schweißpunkte
das Vorhandensein von kritischen Punkten für die zukünftige Lebensdauer des Wagens
mit sich bringt. Das Problem ist noch schwerwiegender beim Herstellen
von Untergrundwägen,
da die Körperseiten
dieser Wägen nicht
als aus einem Stück
gefertigte Teile ausgebildet sind, sondern vielmehr eine Anzahl
von Abschnitten umfassen, zwischen denen mehrere Türen (mindestens
drei an jeder Körperseite)
für Fahrgasteinstieg und – ausstieg
anzuordnen sind. Darum müssen
diese letzteren zusätzlich
zum korrekten Schweißen
der Abschnitte korrekt entlang der Wagenlänge eingemessen und in Bezug
aufeinander ausgerichtet werden.
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Wie hierin verwendet, bedeutet der
Begriff „korrektes
Ausrichten" das
gegenseitige Verbinden der Hauptteile eines Wagens, d. h, des Bodens,
der Körperseiten
und des Dachs, gemäß den Bemaßungen,
die für
die Konstruktion erforderlich sind. Obwohl Verbindungs- und Arbeitstoleranzen
zugelassen sind, werden diese Maße vorzugsweise durch einen
automatischen Einstell- und Schweißvorgang eingehalten.
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Darüber hinaus resultiert das manuelle Schweißen, sowohl
bei Eisenbahnwägen
als auch bei Wägen,
die für
Untergrund systeme verwendet werden, fast immer in einem fertigen
Wagen, der geometrisch nicht exakt ist, da die einzelnen Teile aufgrund
ihrer Größe nicht
perfekt zusammenpassen.
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US
5,267,683 offenbart eine Vorrichtung zum Zusammenbauen
eines Kraftfahrzeugwagenkastens durch Anschweißen von Seitenteilen an anderen
Teilen des Wagenkastens, wie eine Bodenplatte, ein Dachblech oder ähnliches.
Die Vorrichtung umfasst ein bewegliches Traggerüst, eine Mehrzahl von Einstellgeräten, die
vom Gerüst
getragen werden und entlang dreier Richtungen, die rechtwinkelig
zueinander sind, beweglich sind, und eine Mehrzahl von Geräten zum
Feststellen der Körperseiten
am Dach, wobei jedes der Feststellgeräte mit einem entsprechenden
Einstellgerät
verbunden ist.
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In jedem Fall sind nach dem Stand
der Technik keine Vorrichtungen zum automatischen Ausrichten von
Wagenteilen, die zum Herstellen von Fahrgastwägen in Eisenbahn-, Untergrund-
und ähnlichen
Systemen zusammenzuschweißen
sind, bekannt. Derzeit werden diese Vorgänge manuell durchgeführt, indem
der Wagen, der manuell zusammengeschweißt worden ist, auf 4 Stützen angeordnet,
die Wagengeometrie überprüft und gegebenenfalls
versucht wird, die erforderlichen Korrekturen vorzunehmen. Es ist
einfach zu verstehen, dass ein solcher manueller Vorgang völlig unverlässlich ist, und
hinsichtlich der Endqualität
der hergestellten Wägen
sogar gefährlich
sein könnte.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die oben angeführten
Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, indem eine automatische Vorrichtung
bereitgestellt wird, die es erlaubt, die Vorgänge zum korrekten Ausrichten
und Schweißen
großer
Wägen,
wie diejenigen, die in Eisenbahn- und Untergrundsystemen
und ähnlichem
verwendet werden, entweder einzeln oder gemeinsam durchzuführen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine hohe Qualität
des fertigen Wagens zu garantieren, der schwierigen Vorgängen der
oben erwähnten
Art ausgesetzt gewesen ist, wobei die verschiedenen Teile des Wagens
unter Einhaltung der Arbeitstoleranzen miteinander verbunden werden, und
kritische Punkte, die durch Handarbeit entstehen, vermieden werden.
Zu diesem Zweck erlaubt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
ein genaues Messen des zusammengebauten Wagens, bevor dieser für das Schweißen vorbereitet
wird, wofür
eine entsprechend genaue Kontrollmessung nach dem Schweißen durchgeführt worden
ist.
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Die oben genannten Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden durch die Vorrichtung und das Verfahren erreicht,
die in den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 11 beantragt worden sind. Weitere vorteilhafte Merkmale sind
in den abhängigen
Ansprüchen beantragt
worden.
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Man wird die vorliegende Erfindung
durch einige bevorzugte Ausführungsformen,
die ausschließlich
für als
Beispiel dienende und nicht einschränkende Zwecke offenbart sind,
unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen besser verstehen, wobei:
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1 eine
räumliche
Darstellung einer Ausführungsform
einer vollständigen
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
räumliche
Vorderansicht eines Einstellgerätes
zum korrekten Ausrichten der Seiten-/Dach-Teile des Wagens ist;
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3 eine
räumliche
Rückansicht
des Einstellgerätes
von 2 ist;
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4 eine
seitliche Querschnittdarstellung eines Schweißgerätes und der Klemmeinheit der
Boden-/Seiten /Dach-Teile des Wagens ist;
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5 eine
Vorderansicht eines Gerätes zum
teilweisen Anheben des Wagenbodens ist;
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6 eine
Vorderansicht eines Gerätes zum
Verankern des Wagenbodens ist, das zur Zusammenarbeit mit dem Hebegerät von 5 vorgesehen ist; und
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7 eine
Seitenansicht des Geräts
zum Feststellen der Boden-/Seiten-Teile des Wagens ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 ein System oder eine Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum korrekten Ausrichten von Bauteilen eines Wagens, die
zusammengeschweißt
werden sollen, um einen Eisenbahnoder Untergrundwagen zu bilden.
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Die Vorrichtung weist ein Modulsystem
auf, d. h. sie kann so angeordnet werden, dass sie automatisch entweder
gleichzeitig oder getrennt voneinander die beiden Vorgänge des
Ausrichtens und Zusammenschweißens
der Wagenteile durchführt.
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
ist die Vorrichtung eine „vollständige" Vorrichtung, die
das Herstellen eines kompletten Wagens 1 (eines Eisenbahn-
oder Untergrundwagens) ermöglicht,
indem dessen Teile korrekt ausgerichtet und zusammengeschweißt werden.
Wie aus 4 besser ersichtlich, umfassen
die Bauteile einen Boden 3, eine Mehrzahl an Seitenblechen
oder Seiten 5 und ein Dach 7.
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Die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Traggerüst 9,
das bei der abgebildeten Ausführungsform
aus zwei (Seiten-) Brücken 11 besteht,
die sich über
die ganze Länge,
des Wagens, der hergestellt werden soll (nicht gezeigt) erstrecken. Jede
der Brücken 11 ist
an Stützen 12 angebracht, wobei
zwei einander gegenüberliegende
Stützen durch
Grundplatten 13 miteinander verbunden sind, und Stützplatten 14 tragen,
die sich in Längsrichtung über die
Grundplatten erstrecken. Jede der Brücken 11 ist des Weiteren
mit Laufstegen 16 versehen, auf denen das Personal, das
die Aufbau- und/oder Schweißvorgänge kontrolliert,
arbeitet.
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Dank der offenbarten Anordnung des
Traggerüsts 9 kann
die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auch dazu verwendet werden,
den Wagenkasten von innen zu schweißen. Zu diesem Zweck ist das
Gerüst 9 des
Weiteren mit einem oberen länglichen
Stützelement
(in den Zeichnungen nicht abgebildet, aber von Fachleuten einfach
zu konstruieren) versehen, das an den oberen Enden 18 jeder
der Brücken 11 angebracht
ist, und sich über
die gesamte Länge
der Wagenseiten erstreckt. Durch das Anbringen eines in Längsrichtung
verschiebbaren Innenschweißgerätes (nicht
in den Zeichnungen abgebildet) an einem solchen oberen Stützelement
und das Eintreten des Schweißgerätes in den
Wagen durch Öffnungen,
die im Wagendach ausgebildet sind, können durch die Vorrichtung
der Erfindung vollständig
automatisierte Innenschweißarbeiten
erledigt werden.
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Um die Hauptbauteile eines Eisenbahn-
oder Untergrundwagens korrekt zusammenzuschweißen, muss der Boden 3 im
Augenblick des Zusammenfügens
der Seiten 5 mit dem Boden 3 nicht ganz eben, sondern
leicht bogenförmig
nach oben auf dem Boden aufliegen und dadurch eine Wölbung bilden.
Das ist erforderlich, da nach dem Abschließen der Schweißung des
Wagens, wenn die Wagenbeschläge
und -ausstattungsgegenstände
im Inneren des Wagens angebracht worden sind, das Gewicht dieser Beschläge und Ausstattungsgegenstände den
Boden in eine ebene Anordnung zurückbringt. Die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung sieht das Schaffen einer Bodenwölbung oder „Durchbiegung" nach oben im Voraus
vor, und umfasst eine Mehrzahl an Nivelliergeräten 20, die dafür vorgesehen
sind, den Boden 3 teilweise anzuheben, d. h. jedes dieser
Geräte 20 kann
einen Abschnitt des Bodens anheben. Die Nivelliergeräte 20 sind
fest montiert und in angemessenen Abständen an beiden Seiten des Traggerüsts 9 an
den Grundplatten 13 angeordnet, wie bei der Ausführungsform,
die in 1 abgebildet
ist, gezeigt. Jedes Nivelliergerät 20 ist
dafür vorgesehen, den
entsprechenden Abschnitt des Bodens 3 einstellbar auf eine
Höhe, die
unterschiedlich ist in Bezug auf die anderen Hebegeräte 20,
anzuheben, um die gewünschte
Durchbiegung zu erreichen.
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Wie aus 5 besser ersichtlich, umfasst darum jedes
der Nivellier- oder Hebegeräte 20 eine senkrechte
Hohlsäule
oder -stütze 21,
die durch Befestigungsmittel 22, die in den Unterteil 22' der Stütze eingesetzt
sind, an der Stützplatte 14 befestigt
ist. Ein oberer Kolben 23 mit einem Auflagekopf 24 an
einem Ende ist teleskopartig beweglich in der Hohlstütze 21 angeordnet.
Der Kolben 23 kann durch eine variable Länge, die
gewöhnlich
kürzer
ist für
die Geräte 20, die
an den Enden des Wagens angeordnet sind, und länger für die in der Wagenmitte, senkrecht
aufwärts bewegt
werden. Wenn das Gerät 20 betätigt wird, liegt
der Kopf 24 gegen den (einen Balken des) Boden s) 3 auf,
und der Kolben 23 drückt
den Boden nach oben.
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Nach dem Einstellen einer Reihe von
Nivelliergeräten 20 auf
verschiedene Höhen,
um die für die
Konstruktion erforderliche Durchbiegung zu erreichen, wird eine
Mehrzahl von Verankerungsgeräten 26 verwendet,
die fest an beiden Seiten des Traggerüsts 9 angebracht sind,
wobei jedes Verankerungsgerät
neben einem Nivelliergerät
angeordnet ist. Jedes Verankerungsgerät 26 ist dafür vorgesehen,
mit den entsprechenden, daneben angeordneten Nivelliergerät 20 zusammenzuarbeiten,
um den Boden 3 für
weitere Vorgänge
zu verankern, nachdem dem Boden eine korrekte Wölbung verliehen worden ist. Zu
diesem Zweck umfasst jedes Verankerungsgerät 26 gemäß der abgebildeten
bevorzugten Ausführungsform
einen zylindrischen Hohlkörper 27,
wovon ein Ende durch Befesti gungsmittel 28 und einen Boden 22' an der Stützplatte 14 befestigt
ist, wobei dieser Körper
des Weiteren mit einem Kolben 29, der in dem zylindrischen
Hohlkörper 27 beweglich
ist, und mit einem oberen Ende 30, das an einem Haken 31, der
in einem Flachteil 32 zum Eingreifen in den Boden 3 endet,
befestigt ist, versehen ist. Der Haken 31 tritt in den
C-förmigen
Abschnitt, der den Boden 3 bildet, ein (wie in 4 und 6 gezeigt) und greift durch das Element 32 in
den Wagenboden 3 ein. Wenn der Kolben 29 abgesenkt
wird, wird der zuvor gewölbte Boden 3 mit
dem Traggerüst 9 verbunden.
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Die oben offenbarten Geräte stellen
einen Abschnitt der Vorrichtung dar, die es ermöglicht, einen Balken oder Boden 3 zu
biegen und dauerhaft mit einem solchen gewölbten Profil am Traggerüst 9 zu
befestigen; das schafft einen ersten Befestigungsnullpunkt zum korrekten
Ausrichten der Wagenteile. Nach dem Vorbereiten des Wagenunterteils
wie abgebildet, ist es notwendig, die Körperseiten 5 darauf auszurichten
und einzustellen, wobei dieser Vorgang der schwierigste und kritischste
beim Zusammenbauen von Untergrundwägen ist, wie bereits dargelegt
worden ist.
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Jede Körperseite 5 wird auf
die Stelle ausgerichtet, die durch die Konstruktion vorgeschrieben
ist, bevor eine Mehrzahl von Klemmgeräten 33 dazu verwendet
wird, die Körperseiten 5 fest
am Boden 3 zu sichern. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Klemmgeräte 33 ist
in 7 und in 4 abgebildet, wobei es sich
um eine Detailansicht beziehungsweise um eine Ansicht der Befestigungseinheit
handelt. Wie in diesen Figuren gezeigt, umfasst jedes Klemmgerät 33 im
Wesentlichen einen Körper 34 mit
Innengewinde, mit dem ein Schuh 35 drehgelenkig bei 35' verbunden ist,
wobei der Schuh durch einen Unterteil 22' und Befestigungsmittel (nicht
gezeigt) an der Stützplatte 14 befestigt
ist. Ein Kolben 36 ist höhenbeweglich im Inneren des
Körpers 34 angeordnet und
trägt am
oberen Ende 37 einen länglichen
Haken 38. Die Länge
des Hakens 38 erlaubt das Eingreifen in den Raum eines
der Fenster, die in jeder Körperseite 5 vorgesehen
sind (durch Aufliegen über
dessen untere Wand 39). Nachdem der Haken 38 in
die Fensterkante 39 eingegriffen hat, wird der Kolben 36 abwärts bewegt,
um die Körperseite
am Gerüst 9 zu sichern.
Nach dem Vollenden dieses Vorgangs für alle Punkte, die gemäß der jeweiligen
Anwendung erforderlich sind, ist das Verbinden der Körperseite 5 am
Boden 3 abgeschlossen.
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An diesem Punkt des Wagenzusammenbauvorgangs
sind alle unteren Teile des Wagens korrekt ausgerichtet und aneinander
befestigt worden. Jetzt muss das Dach 7 auf ihnen angeordnet
werden, das aufgrund seiner Größe und Form
Seitenkanten aufweist, die nicht vollkommen gerade sind. Darum wird das
Dach zunächst
an den Körperseiten 5 in
der Anordnung, die durch seine Konstruktion vorherbestimmt ist,
festgemacht, und dann eine Reihe von Zug- und Druckkräften darauf
aufgebracht, um seine geometrische Form nach den Endkonstruktionsanforderungen
des Wagens einzustellen.
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Zum Befestigen des Daches 7 an
den Körperseiten 5 ist
eine Mehrzahl von Feststellgeräten 40 bekannter
Art bereitgestellt, die ineinander eingreifen und das Dach 7 und
die Seiten 5 zusammenhalten.
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Bei der abgebildeten Ausführungsform
ist jedes der Feststellgeräte 40 am
Ende einer Querstange 41 befestigt ist, die wiederum (durch
Wälzelemente 42)
verschiebbar mit dem entsprechenden einer Mehrzahl von Positionseinstellgeräten 44,
die von der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
ist, verbunden ist. Zusätzlich
werden diese Einstellgeräte 44 vom
Traggerüst 9 getragen,
und sind entlang dreier Richtungen, welche rechtwinklig zueinander
sind, einstellbar beweglich. Genauer gesagt handelt es sich bei
diesen Richtungen um die Längsrichtung
des Wagens, die Höhenrichtung
des Wagens und eine Richtung quer zur Wagenlängsrichtung.
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Wie aus 2 und 3 besser
ersichtlich, ist das Einstellgerät 44 verschiebbar
an einem Stützelement 45 entlang
der Wagenlängsrichtung
befestigt. Gemäß dem zu
bauenden Wagen ist am Element 45 eine Teilstrichskala,
die bei einer „0"-Auslegestellung beginnt, angebracht.
Nachdem das Einstellgerät 44 bewegt
worden ist, bis es die Längsposition
erreicht, bei der die Körperseite 5 und
das Dach 7 miteinander verbunden werden müssen, wird
das Einstellgerät 44 am
Stützelement 45 durch
herkömmliche
Feststellmittel (nicht gezeigt), die an seinem Grundkörper 45', der mit Rippen
versehen ist, angreifen, festgestellt.
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Dann wird eine Einstellung entlang
der Wagenhöhenrichtung
(d. h. in senkrechter Richtung) vorgenommen, indem das Einstellgerät 44 über eine Winkeleinstellschraube 46 durch
Betätigen
eines Verstellelements 47 (z. B. eines herkömmlichen Handrads)
angehoben oder gesenkt wird. In diesem Fall sind durch die Schraubenform
keine Feststellmittel nach dem Erreichen der gewünschten Höhe erforderlich. Die senkrechte
Verschiebung in Bezug auf die „0"-Auslegestellung
kann mit Hilfe einer Teilstrichskala 48, die am Einstellgerät 44 vorgesehen
ist, geprüft
werden.
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Schließlich wird das Ausrichten des
Einstellgeräts
entlang der Wagenquerrichtung – das
ist die heikelste – vollendet,
indem die „0"-Auslegestellung durch
Einführen
eines herkömmlichen
Stifts 49 (oder gleichartiger Mittel) in ein Loch 50,
das zu diesem Zweck in die Querstange 41 gebohrt worden
ist, festgestellt wird. Die „0"-Stellung wird dem
Bediener durch die Teilstrichskala 51, die am Einstellgerät 44 vorgesehen
ist, deutlich gezeigt. An diesem Punkt, nachdem die erforderlichen
Stellungen in Längsrichtung
und Höhenrichtung
festgestellt worden sind, und nachdem der „0"-Punkt entlang der Querrichtung festgestellt
worden ist, werden die Körperseiten 5 und
das Dach 7 zusammengeführt und
fest miteinander verbunden. Die erforderlichen Verschiebungen werden
durch Bedienen einer Schraube 55 – über ein herkömmliches
Einstellelement 53 wie ein Handrad – die ein Bewegen der gesamten
Querstange 41 über Räder 56 entlang
einer Querrichtung als Funktion der Wellungen des Daches 7 in
Bezug auf eine gerade Längslinie
verursacht, erreicht.
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Nach dem festen Zusammenklemmen der Körperseiten 5 mit
dem Dach 7 an allen erforderlichen Punkten betätigt der
Bediener wieder das Einstellelement 53, um die Markierung
zur Querposition „0" zurückzubringen;
auf diese Art wird der Boden-/Seiten-/Dach-Aufbau einer Zug- oder
seitlichen Druckkraft ausgesetzt, die darauf ausgerichtet ist, alle
Herstell-„Verwindungen", die durch das Verbinden
der zusammengebauten Teile verursacht worden sind, gerade zu biegen.
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Das Einstellgerät 44 ist des Weiteren
mit einer drehbaren Welle 57 versehen, die durch ein Handrad
angetrieben ist, welche ein zusätzliches Verschieben
zum Ausrichten des Feststellgeräts 40 entlang
der Wagenquerachse ermöglicht.
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Am Ende all dieser Vorgänge sind
die Wagenteile korrekt ausgerichtet und gefluchtet in Bezug aufeinander
gemäß den Konstruktionsanweisungen. Dann
können
die auf diese Weise zusammengebauten und -geklemmten Teile einfach
und rasch zusammengeschweißt
werden.
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Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung mit mindestens einem Paar von Schweißgeräten 58 versehen
(von denen zwei unterschiedliche Ausführungsformen in 1 beziehungsweise 4 gezeigt sind), die verschiebbar am
Traggerüst 9 befestigt
und von diesem getragen sind. Die Schweißgeräte 58 sind darauf
ausgelegt, den Boden 3 an die Mehrzahl von Körperseiten 5, und
die Mehrzahl von Körperseiten 5 an
das Dach 7 zu schweißen,
und zwar entweder gleichzeitig (d. h. durch Verwenden von Mehrfach schweißgeräten 58) oder
unabhängig
voneinander. Darüber
hinaus sind die Schweißgeräte 58 imstande,
CO2-Schweißungen oder Punktschweißungen oder
jegliche andere Art von angemessener Schweißung vorzunehmen.
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Wie aus 4 besser ersichtlich, ist ein Schweißgerät 58 zum
Vornehmen einer Punktschweißung
abgebildet, wobei ein solches Gerät das Problem von nach außen gerichteten
Querkräften während der
Schweißvorgänge verursacht.
Diese Kräfte
müssen
beseitigt werden, um Arbeitsprobleme zu vermeiden. Zu diesem Zweck
umfasst das Schweißgerät 58 eine
untere Punktschweißelektrode 60,
die an einem Tragarm 62 befestigt ist, der die Form eines
umgedrehten „S" aufweist. Das obere Ende 63 des
Arms 62 ist verschiebbar mit einer Seite des Gerüsts 9 verbunden,
und das untere Ende 64 ist verschiebbar in einer Schiene 66 angeordnet,
die zu diesem Zweck in der Grundplatte 13 bereitgestellt
ist. Durch Feststellen des Tragarms 62 an zwei Stellen ist
es möglich,
alle nach außen
gerichteten Querkräfte,
die während
dem Punktschweißen
erzeugt werden, auf das Gerüst 9 abzuleiten.
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Zum Schweißen des Dachs 7 an
die Körperseiten 5 ist
ein Oberteil 67 des Schweißgeräts 58 bereitgestellt
(wie in 1 gezeigt),
das verschiebbar über
eine Gruppe 68 mit dem Gerüst 9 verbunden und
mit einem entsprechenden Schweißbrenner 69 versehen
ist.
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Wie bereits angemerkt, können zum
Fertigstellen des Zusammenbaus eines Eisenbahn- oder Untergrundwagens
auch Innenschweißgeräte verwendet
werden.