Vorrichtung zum Verschweißen eines Schienenstoßes eines Gleises Gebiet der Technik

[01 ] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen eines

Schienenstoßes eines Gleises, umfassend zwei voneinander in einer Schienenlängsrichtung distanzierte Schienenklemmvorrichtungen, die über Druckstangen miteinander verbunden sind, um Schienenenden vor einem Verschweißen auseinanderzudrücken. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verschweißen eines Schienenstoßes mittels einer solchen Vorrichtung.

Stand der Technik

[02] Beim Verschweißen zweier Schienen eines Gleises kommen zunehmend mobile Schweißaggregate zum Einsatz. Anders als beim älteren

Thermitschweißen erfolgt dabei die Verschmelzung der Schienenenden ohne Beigabe von Fremdmaterialien. Daraus folgt allerdings eine geringe

Schienenverkürzung, die kompensiert werden muss.

[03] In der Regel werden zunächst mehrere Schienenabschnitte mit gelösten Schienenbefestigungen verschweißt. Anschließend erhält der

Schienenstrang im Zuge einer Schlussschweißung seine für die herrschende Umgebungstemperatur vorgegebene Längsspannung. Bei Temperaturen unter der mittleren Jahrestemperatur (Neutraltemperatur) kommt eine sogenannte Schienenziehvorrichtungen zum Einsatz (DE 20 201 5 006 320 U1 ). In modernen Schweißaggregaten ist eine solche Vorrichtung bereits integriert (EP 2 31 5 877 A1 ). Bei höheren Temperaturen müssen die Schienenenden mittels zusätzlicher Vorrichtungen zunächst auseinander gedrückt werden (EP 1 682 304 A1 ).

[04] Derzeit können Schweißaggregate nur dort eingesetzt werden, wo der

Schienenmaterialverbrauch durch eine Längsverschiebung der Schiene ausgeglichen wird. Beim Entfernen eines alten Schweißstoßes und einem Einsetzen eines Schienenzwischenstücks ist eine Längsverschiebung bisher nicht möglich.

[05] Für das Thermitschweißen kennt man Druck- und Ziehvorrichtungen, um die zu verschweißende Schienen mit einer vorgegebenen Längsspannung zu verschweißen (DE 42 13 288 A1 ). Durch einen hydraulischen Zylinder wird eine Längenänderung der Schienen bewirkt, um eine Abweichung der momentanen Schienentemperatur von der Neutraltemperatur zu

kompensieren. Je nach Temperaturniveau geschieht dies durch

Auseinanderdrücken oder Zusammenziehen der zu verschweißenden Schienenenden.

Zusammenfassung der Erfindung

[06] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.

[07] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen

Ansprüchen.

[08] Die Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Schienenklemmvorrichtung mit einer Querverschiebeeinrichtung gekoppelt ist, um die Schienenenden nach dem Auseinanderdrücken fluchtend auszurichten. Dadurch können im nachfolgenden Schritt die fluchtend ausgerichteten Schienenenden mittels eines Schweißaggregats miteinander verschweißt werden, wobei eine in der Schiene aufgebaute Druckspannung auf eine durch das abbrennende Material vorgegebene Längsspannung (gleich Null bei Neutraltemperatur) reduzierbar ist.

[09] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querverschiebeeinrichtung einen Hydraulikzylinder zum Aufbringen einer Querverschiebekraft umfasst. Der Hydraulikzylinder gewährleistet eine hohe Lebensdauer im Arbeitseinsatz und eine präzise Stellgenauigkeit, um die beiden Schienenenden präzise aufeinander auszurichten. [10] Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Querverschiebeeinrichtung eine

Abstützvorrichtung zum Abstützen gegenüber einem parallel zu den zu verschweißenden Schienenenden verlaufenden Schienenstrang umfasst. Die Abstützvorrichtung wird an dem Schienenstrang befestigt und die in

Querrichtung zu verschiebende Schiene wird in einfacher Weise parallel dazu ausgerichtet.

[1 1 ] Eine weitere vorteilhafte Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass die

Querverschiebeeinrichtung einen Auslegerarm umfasst und dass eine an dem Auslegearm befestigte Drückeinrichtung zum Querverschieben eines Schienenendes angeordnet ist. Die am Auslegerarm angeordnete

Drückeinrichtung drückt das auszurichtende Schienenende soweit in

Richtung des zweiten Schienenendes bis diese fluchtend zueinander ausgerichtet sind, um diese im nächsten Schritt miteinander zu

verschweißen.

[12] In einer sinnvollen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die

Querverschiebeeinrichtung Querführungen umfasst, mittels derer die

Druckstangen querverstellbar geführt sind. Dadurch werden die

Druckstangen samt den Schienenklemmvorrichtungen und den zwei zu verscheißenden Schienenenden fluchtend zueinander ausgerichtet.

[13] Dabei ist es günstig, wenn die Querführungen Gleitwellen umfassen, auf denen endseitig an den Druckstangen angeordnete Gleitblöcke gelagert sind. Auf diese Weise sind eine Schienenklemmvorrichtung mit den Gleitwellen und die andere Schienenklemmvorrichtung mit den Gleitblöcken gekoppelt. Eine solche Anordnung ist widerstandsfähig gegenüber Staub und Schmutz, zu dem es im Arbeitseinsatz kommt.

[14] Eine andere vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Querführungen

Gleitprofile aufweisen und dass endseitig an den Druckstangen angeordnete Gleitblöcke entsprechende Gegenprofile aufweisen. Die Gleitprofile mit ihren entsprechenden Gegenprofilen stellen eine weitere widerstandsfähige, konstruktiv einfache Lösung dar.

[15] In einer anderen Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass die

Vorrichtung als integrierte Schweißmaschine ausgebildet ist. Dadurch muss das Schweißaggregat nicht erst nach dem Ausrichten auf die zu verschweißenden Schienenenden gesetzt werden, woraus sich eine große Zeit und Kostenersparnis ergibt.

[16] Dabei ist es von Vorteil, wenn die eine Schienenklennnnvorrichtung in einer ersten Schweißkopfhälfte angeordnet ist und wenn die andere

Schienenklennnnvorrichtung in einer zweiten Schweißkopfhälfte angeordnet ist. Die Schweißmaschine ist dabei als sogenannter Schweißkopf an einem Kranausleger eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs angeordnet. Die beiden Schweißkopfhälften samt

Schienenklemmvorrichtungen sind mit der Querverschiebeeinrichtung gekoppelt, wobei der zugeordnete Hydraulikzylinder die Schienenenden lateral zueinander fluchtend ausrichtet.

[17] Vorteilhaft ist auch, wenn die beiden Schweißkopfhälften mittels einer

Arretierungsvorrichtung zueinander in Querrichtung fixierbar sind. Nach einer Ausrichtung der beiden Schienenenden sorgt die Arretierungsvorrichtung für eine stabile Fixierung. Zudem erhöht die Arretierungsvorrichtung die

Steifigkeit der Schweißmaschine während des Schweißvorgangs.

[18] Dabei ist es sinnvoll, wenn die Arretierungsvorrichtung einen in

Schienenlängsrichtung verschiebbaren Zapfen umfasst, der an der ersten Schweißkopfhälfte angeordnet ist und wenn die zweite Schweißkopfhälfte eine Führungsstange mit einer stirnseigen Bohrung umfasst, die den Zapfen in arretierter Stellung aufnimmt. Nach der lateralen Ausrichtung der beiden Schweißkopfhälften wird der Zapfen der ersten Schweißkopfhälfte in die Bohrung der zweiten Schweißkopfhälfte geschoben.

[19] Eine weitere vorteilhafte Ausprägung der Erfindung sieht vor, dass die

Schweißmaschine als Schweißkopf zum Abbrennstumpfschweißen ausgebildet ist. Damit kann auf kleinem Raum eine energieeffiziente und qualitativ hochwertige Schweißung vorgenommen werden.

[20] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei

überlappenden Schienenenden ein Schienenende in der einen

Schienenklemmvorrichtung eingeklemmt wird und das andere Schienenende in der anderen Schienenklemmvorrichtung eingeklemmt wird, dass die beiden Schienenenden bis zum Verschwinden der Überlappung

auseinandergedrückt werden, dass die Schienenenden mittels der Querverschiebeeinrichtung zueinander fluchtend ausgerichtet werden und dass die Schienenenden miteinander verschweißt werden. Damit wird ein kostengünstiges Verfahren geschaffen, welches sich besonders durch eine große Zeitersparnis auszeichnet.

[21 ] Insbesondere können sehr kurze Schienenstücke ausgetauscht werden.

Beispielsweise ist ein mit Thermitschweißen erzeugter Schweißstoß einfach ersetzbar, indem ein wenige Meter langes Schienenstück herausgeschnitten wird. Als Ersatz wird ein geringfügig längeres Schienenstück

(Schienenzwischenstück) zunächst mit einem Schnittende des

Schienenstrangs verschweißt, wobei es mit dem anderen Schnittende des Schienenstrangs überlappt. Beim Verschweißen des zweiten

Schienenstückendes erfolgt die erfindungsgemäße Nutzung der Überlappung zur Kompensation des Materialverbrauchs.

[22] Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die

Schienenenden während eines Abbrennstumpfschweißvorgangs kontrolliert aufeinander zubewegt. Durch ein Zusammenpressen der beiden

aufgeschmolzenen Schienenenden wird eine gewünschte Längsspannung im Schienenstrang erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[23] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer

Darstellung

Fig. 1 Draufsicht einer Vorrichtung mit Abstützvorrichtung

Fig. 2 Seitenansicht einer Vorrichtung mit Drückeinrichtung

Fig. 3 Draufsicht zu Fig. 2

Fig. 4 Draufsicht einer als Schweißkopf ausgebildeten Vorrichtung

Fig. 5 Schweißkopfhälfte samt Querverschiebeeinrichtung

Fig. 6 Seitenansicht des Schweißkopfs samt Arretierungsvorrichtung

Fig. 7 Arretierungsvorrichtung mit alternativer Querführung

Fig. 8 Detailansicht einer Querverschiebeeinrichtung mit Gleitprofilen

Fig. 9 Seitenansicht zu Fig. 8 Beschreibung der Ausführungsformen

[25] Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung 1 zum Verschweißen eines

Schienenstoßes 2 eines montierten Gleises 3, umfassend zwei voneinander in einer Schienenlängsrichtung 4 distanzierte Schienenklemmvorrichtungen 5, die jeweils ein Schienenende 6 festhalten und über zwei Druckstangen 7 miteinander verbunden sind. Jeder Druckstange 7 ist ein erster

Hydraulikzylinder 8 zugeordnet, um die beiden Schienenenden 6 soweit auseinanderzudrücken, bis keine Überlappung 9 mehr vorliegt. Die

Druckstangen 7 weisen jeweils eine Spannschlossmutter 10 auf, um die beiden Schienenklemmvorrichtungen 5 präzise aufeinander auszurichten.

[26] Die jeweilige Schienenklemmvorrichtung 5 wird einfach von oben auf das zugeordnete Schienenende 6 geschoben und mit Keilen 1 1 , die jeweils an einem Schienensteg 12 angreifen, gegen eine Verschiebung in einer

Schienenlängsrichtung 4, gesichert. Die an dem zu verschiebenden

Schienenende 6 angeordnete Schienenklemmvorrichtung 5 weist beidseitig eine Befestigungsöse 13 zum Anbringen einer Querverschiebeeinnchtung 14 auf. Die Querverschiebeeinnchtung 14 umfasst eine Abstützvorrichtung 15 zum Abstützen gegenüber einem parallel zu den zu verschweißenden Schienenenden 6 verlaufenden Schienenstrang 16 und einen zweiten Hydraulikzylinder 17 zum Aufbringen einer Querverschiebekraft, um die beiden Schienenenden 6 fluchtend aufeinander auszurichten.

[27] Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Variante der Vorrichtung 1 , welche

Schienenklemmvorrichtungen 5 mit um Schwenkachsen 18 verschwenkbare, am Schienensteg 12 angreifende, Klemmhebel 19 aufweist. Die

Schienenklemmvorrichtungen 5 sind über normal zur Schienenlängsrichtung 4 voneinander distanzierte Druckstangen 7 miteinander verbunden. In die Druckstangen 7 sind jeweils ein erster Hydraulikzylinder 8 und eine

Spannschlossmutter 10 integriert. Im Bereich der Schienenüberlappung 9 ist an der dortigen Schienenklemmvorrichtungen 5 ein Auslegerarm 20 angeordnet. An dem Auslegerarm 20 ist eine Drückeinrichtung 21 mit einem zweiten Hydraulikzylinder 17 zum Aufbringen der Querverschiebekraft befestigt. Damit werden nach dem Verschwinden der vertikalen Überlappung 9 der beiden Schienenenden 6 fluchtend ausgerichtet. Konkret drückt Drückeinrichtung 21 das aufsteigende Schienenende 6 nach unten.

[28] Fig. 4 zeigt eine als Schweißmaschine ausgebildete Vorrichtung 1 mit

integrierten Druckstangen 7 und integrierter Querverschiebeeinrichtung 14. Beispielsweise ist ein Schweißkopf zum Abbrennstumpfschweißen in eine erste Schweißkopfhalfte 22 und eine zweite Schweißkopfhalfte 23 aufgeteilt, in denen jeweils ein Schienenende 6 mittels einer zugehörigen

Schienenklemmvorrichtung 5 verklemmt ist. Zwischen den

Schweißkopfhälften ist eine Abschervorrichtung 24 zur Entfernung eines Schweißwulstes vorgesehen. An die Schienenenden 6 sind zudem nicht näher dargestellte Elektroden angepresst.

[29] Die zweite Schweiß köpf hälfte 23 ist in Schienenlängsrichtung 4 über erste Hydraulikzylinder 8 verschiebbar mittels Hülsen 25 auf den Druckstangen 7 gelagert. Um eine Überlappung 9 der Schienenden 6 zum Verschwinden zu bringen werden die Schweißkopfhälften 22, 23 samt den darin verklemmten Schienenenden 6 auseinander gedrückt.

[30] Vor dem Verschweißen erfolgt die laterale Ausrichtung der beiden

Schienenenden 6. Dazu sind als Querverschiebeeinrichtung 14 die beiden Druckstangen 7 jeweils auf einer Querführung 26 verschiebbar gelagert. In der dargestellten Variante weisen die beiden Druckstangen 7 an den Enden Gleitblöcke 27 auf, die auf Gleitwellen 28 der gegenüberliegenden ersten Schweißkopfhälfte 22 gleiten.

[31 ] Die Querverschiebeeinrichtung 14 umfasst einen zweiten Hydraulikzylinder 16, um die erste Schweißkopfhälfte 22, lateral gegenüber der zweiten Schweißkopfhälfte 23 zu verschieben. Bewegliche Klemmbacken 29 der Schienenklemmvorrichtungen 5 halten dabei die auf die Schienenenden 6 wirkenden Klemmkräfte aufrecht.

[32] Nachdem die beiden Schienenenden 6 fluchtend ausgerichtet sind, werden die beiden Schweißkopfhälften 22, 23 in Schienenlängsrichtung 4 unter Stromzufuhr zueinander verschoben. Dabei sind die ersten Hydraulikzylinder 8 entsprechend angesteuert, um zunächst zwischen den Schienenenden 6 einen Spalt zur Erzeugung eines Lichtbogens zu bewirken. Nach Erreichung einer erforderlichen Schweißtemperatur werden die Schienenenden 6 aufeinander gepresst und miteinander verschmolzen.

[33] In Fig. 5 ist die erste Schweißkopfhälfte 22 mit der

Querverschiebeeinrichtung 14 dargestellt. Oberhalb der in einer

Ausnehmung befindlichen Schiene 30 ist der zweite Hydraulikzylinder 17 angeordnet. Über beidseitig aus dem Zylinder 17 geführte Kolbenstangen 31 wird eine Querverschiebekraft auf die an den Enden der Druckstangen 7 befestigten Gleitblöcke 27 aufgebracht. Beispielsweise ist die jeweilige Druckstange 7 in eine Gewindesackbohrung des zugeordneten Gleitblocks 27 eingeschraubt.

[34] Zur Vermeidung von Biegespannungen in den tragenden Elementen des Schweißkopfes sind die Gleitwellen 28, die Druckstangen 7 und die

Schienenklemmvorrichtungen 5 mit den Klemmbacken 29 auf einer horizontalen Ebene angeordnet. Die Aufzubringende Querverschiebekraft ist bedeutend geringer als die Druckkräfte in den Druckstangen und die

Klemmkräfte. Die Biegemomente, die durch die oberhalb verlaufende

Wirkachse des zweiten Hydraulikzylinders 17 hervorgerufen werden, sind deshalb vernachlässigbar.

[35] Oberhalb der Querverschiebeeinrichtung 14 ist parallel zu den Druckstangen 7 eine Führungsstange 32 vorgesehen, um die Stabilität des Schweißkopfes zu erhöhen. Die Querschnittsmittelpunkte der Druckstangen 7 und der Führungsstange 32 bilden dabei Eckpunkten eines gleichschenkeligen Dreiecks. Zur Querverschiebung der Schweißkopfhälften 22, 23 ist

Führungsstange 32 an einer Stirnseite mit einer Querführung 26 versehen. Diese umfasst beispielsweise zwei Gleitblöcke 27, die auf Gleitwellen 28 gleiten.

[36] Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der beiden gegenüberliegenden

Schweißkopfhälften 22, 23. Zur Fixierung der Führungsstange 32 im ausgerichteten Zustand ist eine Arretierungsvorrichtung 33 vorgesehen. Dabei umfasst die erste Schweißkopfhälfte 22 einen mittels eines Antriebs 34 längsverschiebbaren Zapfen 35 mit einem Außenkonus. Als Gegenelement weist die Führungsstange 32 eine stirnseitige Bohrung 36 mit einem

Innenkonus auf. Sobald die beiden Schweißkopfhälften 22, 23 fluchtend ausgerichtet sind, verschiebt der Antrieb 34 den Zapfen 35 in die Bohrung 36 um eine präzise Ausrichtung der beiden Schweißkopfhälften 22, 23 beim Schweißvorgang zu gewährleisten.

[37] Eine platzsparende alternative Querführung 26 der Führungsstange 32 ist in Fig. 7 dargestellt. Konkret sind hier an den Stirnseiten der geteilten

Führungsstangen 32 Gleitplatten angeordnet, die an zugewandten Seiten eine Schwalbenschwanzführung aufweisen. Zur Fixierung im ausgerichteten Zustand ist wiederum eine Arretierungsvorrichtung 33 vorgesehen.

[38] Fig. 8 zeigt eine alternative Querführung 26 für die Enden der Druckstangen 7. Dabei sind an der ersten Scheißkopfhälfte 22 Gleitprofile 37 angeordnet und die an den Druckstangen 7 angeordneten Gleitblöcke 27 weisen entsprechende Gegenprofile 38 auf. In Fig. 9 ist diese Querführung 26 in einer Seitenansicht dargestellt. Auch hier bilden Schwalbenschanzführungen eine platzsparende Variante.

[39] Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für den Tausch kurzer Schienenstücke von wenigen Metern, beispielsweise um fehlerhafte Stellen oder Thermitschweißungen zu ersetzen. Dabei wird zunächst ein Schienenstück von ca. 2,5-5 Metern aus dem Strang herausgeschnitten. Das neu einzusetzende Schienenstück ist um zwei Schweißzugaben länger als die entstandene Lücke bei Neutraltemperatur.

[40] Im Zuge der Verschweißung mit dem ersten Schnittende des

Schienenstrangs erfolgt eine Längenreduktion um die erste Schweißzugabe und am anderen Schnittende bleibt die zweite Schweißzugabe als

Überlappung 9 bestehen. Dabei wird das eingesetzte Schienenstück im elastischen Bereich nach Außen oder Innen gebogen. Bei gelösten

Schienenbefestigungen (auf ca. 50m) erfolgt anschließend das

Auseinanderdrücken der Schienenenden 6, bis die Überlappung 9

verschwindet.

[41 ] Abschließend werden die Schienenenden 6 mittels der

Querverschiebeeinrichtung 14 fluchtend ausgerichtet und die

Schlussschweißung bewirkt eine Längenreduktion um die zweite

Schweißzugabe. Die Schweißzugaben sind entsprechend anzupassen, wenn die Schienentemperatur von der Neutraltemperatur abweicht. Auf diese Weise ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ersetzen von Schienenstücken bei jeder Umgebungstemperatur möglich.