DE102005018176B4

DE102005018176B4 - Temperiervorrichtung für ein Schweißen von Bahnschienen und/oder Schienenbauteilen sowie Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005018176B4
Application number: DE102005018176A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaiser
Original assignee: POEYRY INFRA GmbH; Poyry Infra GmbH
Current assignee: POEYRY INFRA GmbH; Poyry Infra GmbH
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: DE102005018176A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung (1) für ein Schweißen von Bahnschienen und/oder Schienenbauteilen sowie ein Verfahren zum Schweißen derselben unter Verwendung der Temperiervorrichtung (1). Dazu weist die Temperiervorrichtung (1) eine Temperierdecke (2) auf, die entlang eines Schienenstrangabschnitts (3) das Profil (4) des Schienenstrangabschnitts (3) eng anliegend unter Freilassung der Unterseite (5) des Schienenfußes (6) ummantelt. Die Temperierdecke (2) weist mindestens zwei Lagen (7, 8) auf, wobei eine innere Lage (7) ein temperiertes Medium in Längsrichtung des Schienenstrangabschnitts (3) hin und zurück von bzw. zu einem Einspeisungsbereich der Temperierdecke (2) führt. Eine äußere Lage (8) weist ein thermisch isolierendes Material (10) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Schweißen von Eisenbahnschienen und/oder Schienenbauteilen, wie beispielsweise Weichen, die sich über lange oder begrenzte Strecken hinweg erstrecken und die durch äußere Temperaturschwankungen Dehnungen und Spannungen ausgesetzt sind.

Ein Verfahren für ein Temperieren von Bahnschienen ist in der US 3 999 276 offenbart. Dort werden zu verschweißende Schienen gekühlt und gewärmt. Bei dem dort angewendeten Verfahren ergibt sich jedoch das Problem, dass ein hoher Energieverbrauch zum Erwärmen bzw. Kühlen notwendig ist. Trotz aller Temperaturbeeinflussungen durch das bekannte Verfahren der zu verschweißenden Schienen ergeben sich unregelmäßige Spannungszustände in den Schienenstrangabschnitten.

Deshalb werden Schienenschweißungen immer noch zu bestimmten Jahreszeiten durchgeführt, wenn die Schiene ein bestimmtes Temperaturniveau in einer engen Bandbreite von beispielsweise 20°C bis 26°C hat. Wenn außerhalb von diesem Temperaturbereich Schweißungen durchgeführt werden, dann ergeben sich unerwünschte Verspannungen, die auch zu Beschädigungen der Schiene führen können.

Weiterhin ist bei den bekannten Verfahren von Nachteil, dass ständig überwacht werden muss, ob die oft nur sehr einfach ausgebildeten Arbeiter die vorgegebenen Bedingungen einhalten oder ob diese beispielsweise gegen Ende einer Schicht noch Schweißungen vornehmen, obwohl diese eigentlich nicht mehr zulässig sind.

Die US 5 992 241 zeigt deshalb ein Verfahren, mit dem mit Hilfe einer Schwingungsanalyse nachträglich bei geschweißten Schienen herausgefunden werden kann, ob diese innerhalb der Solltemperaturbereiche verschweißt worden sind. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kompliziert und führt in der Regel nur zu einem positiven oder negativen Ergebnis, ohne günstige Schweißstellen bereitzustellen.

Die DE 692 08 857 T2 zeigt eine Vorrichtung zur Auswechslung und Neutralisierung von Eisenbahnschienen.

Darüber hinaus sind im Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, mit denen Schienen beheizt werden können, beispielsweise um deren Funktion im Sinne einer Weichenstellung auch im Winter zu gewährleisten. Dies ist beispielsweise in der DE 198 56 341 C1 und in der NL 1 022 069 gezeigt.

Die Erfindung geht demnach von der Aufgabe aus, eine Temperiervorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen von Schweißungen bereitzustellen, das stets zuverlässige Einhaltungen der vorgegebenen Randbedingungen gewährleistet.

Die Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Temperiervorrichtung für ein Schweißen von Bahnschienen und/oder Schienenbauteilen geschaffen. Die Temperiervorrichtung weist eine Temperierdecke auf, die entlang eines Schienenstrangabschnitts und/oder ei nes Schienenbauteils, wie einer Weiche, das Profil des Schienenstrangabschnitts eng anliegend unter Freilassung der Unterseite des Schienenfußes ummantelt. Dazu weist die Tempe rierdecke mindestens zwei Lagen auf, wobei eine innere Lage ein temperiertes Medium in Längsrichtung des Schienenstrangabschnitts hin und zurück von bzw. zu einem Einspeisungsbereich der Temperierdecke führt. Eine äußere Lage der Temperierdecke weist ein thermisch isolierendes Material auf.

Diese Temperierdecke hat den Vorteil, dass sie energiesparend einen Schienenstrangabschnitt auf die geforderte Fügetemperatur für ein Zusammenschweißen von Stoßstellen zwischen zwei Schienensträngen und/oder Schienenbauteilen aufheizen kann, falls die Umgebung auf einer Umgebungstemperatur unterhalb der Fügetemperatur liegt, und dass die Temperierdecke den Schienenstrangabschnitt auf eine Fügetemperatur kühlen kann, falls die Umgebungstemperatur auf einer Temperatur oberhalb der Fügetemperatur liegt. Die Energieersparnis wird durch die äußere Isolationslage gegenüber herkömmlichen Wärmeaustauschern, die mit Propangasflammen arbeiten, verbessert.

Darüber hinaus wird gegenüber herkömmlichen Technologien mit Propangasflammen in Wärmetauschern eine deutlich homogenere Erwärmung des Schienenstrangabschnitts erreicht. Während bisher der Wärmetauscher mit Propangasflammen auf dem Schienenstrangabschnitt hin- und hergefahren wird und zwischenzeitlich ein Messingenieur die erreichte Temperatur des Schienenstrangabschnitts an einem Messpunkt nahe der Fügestelle misst und durch das Hin- und Herfahren des Propangaswärmetauschers die Dehnung des Werkstücks kontrolliert, wird durch die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung aufgrund der inneren Lage der Wärmedecke auf der gesamten Länge des zu temperierenden Schienenstrangabschnitts bzw. des Schienenbauteils nach einer Aufwärm- und/oder Abkühlzeit der vorgegebene Temperaturbereich der Fügetemperatur erreicht und ein Spannungsausgleich hergestellt, der zusätzlich präzise dokumentiert wird.

Schließlich wird durch die alternierende Hin- und Rückführung des temperierten Mediums in der inneren Lage erreicht, dass die Erwärmungs- bzw. Kühltemperatur zwischen Hin- und Rücklauf eine gleichmäßige mittlere Erwärmung ermöglicht, zumal im Einspeisungsbereich sowohl das vorgewärmte bzw. vorgekühlte temperierte Medium eingespeist als auch das nach dem Durchlaufen der inneren Lage abgekühlte bzw. aufgeheizte Medium im Einspeisungsbereich entnommen wird.

Vorzugsweise erwärmt oder kühlt die Temperiervorrichtung den Schienenstrangabschnitt auf eine Temperatur T zwischen 20°C ≤ T ≤ 26°C. Dieses Temperaturfenster für die Fügetechnik ist für gerade Schienenstrangabschnitte vorgesehen, um eine sichere Thermitschweißung von Schienenstrangabschnitten an ihren Stoßstellen zu gewährleisten. Für Schienenstrangabschnitte mit Krümmungsradien oder Schienenbauteile wie Weichen ist ein Temperaturfenster von 23°C ≤ T ≤ 26°C vorgesehen. Dieser Fügetemperaturbereich ermöglicht ein perfektes Gefüge des Materials im Bereich der verschweißten Fügestelle.

Somit beruht die Erfindung in vorteilhafter Weise auf dem Grundgedanken, die Schiene über eine längere Strecke mit einem Kühlsystem und mit einem Heizsystem zu versehen, wobei diese Systeme mit einer dicken Isolierung umgeben sind, damit die Energieabgabe nach außen möglichst gering gehalten wird. Die Isolierung mit den darin vorgesehenen Kühl- und Heizsystemen ist an den Eisenbahnschienen lösbar derart befestigt, dass sie sich an das Profil eng anlegen. Dabei wird ein Bereich von mehreren Metern bis 100 Metern auf diese Weise in die erfindungsgemäße Temperierdecke eingepackt, wobei die Isolierung entweder je nach dem Fortschritt der Schweißung weitergeschoben werden kann oder wobei bestimmte Einzelseg mente der erfindungsgemäßen Temperierdecke herausgenommen werden bzw. an der zu verlängernden Stelle aufgesetzt werden.

Vorzugsweise weist die Temperiervorrichtung ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat mit einem Medienkreislauf auf, wobei das Aggregat einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, die mit dem Einspeisungsbereich der Temperierdecke lösbar über Medienleitungen in Verbindung stehen. Ein derartiges Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat kann vorzugsweise auf den bereits verlegten Gleisen bereit gestellt werden, wobei die Medienleitungen die Verbindung zu der erfindungsgemäßen Temperierdecke herstellen. Somit übernimmt das Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat eine Zentralfunktion bei der Verwendung der Temperiervorrichtung für ein Schweißen von Bahnschienen und/oder Schienenbauteilen. Dazu weist das Aggregat Heiz- und Kühlsysteme auf, die das Medium aufheizen bzw. abkühlen, bevor es in dem Einspeisungsbereich der Temperierdecke über die entsprechenden Medienleitungen eingespeist bzw. rückgeführt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die innere Lage der Temperierdecke Medienzulaufleitungen und Medienrücklaufleitungen auf, die sich entlang des Schienenstrangabschnitts bzw. des Schienenbauteils erstrecken. Dazu sind die Medienzulaufleitungen und Medienrücklaufleitungen innerhalb der inneren Lage alternierend dicht nebeneinander gepackt, so dass über die gesamte Länge einer Temperierdecke eine mittlere Aufheiz- bzw. Kühltemperatur angeboten wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Temperierdecke eine mittlere Lage auf, die zwischen der inneren und der äußeren Lage angeordnet ist und Medienzulauflei tungen sowie Medienrücklaufleitungen besitzt, die sich entlang des Schienenstrangabschnitts erstrecken. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die mittlere Lage gleichzeitig die Abschirmung des Schienenstrangs von äußeren thermischen Einflüssen unterstützt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Temperierdecke eine mittlere Lage auf, die zwischen der inneren und der äußeren Lage angeordnet ist, wobei die innere Lage Medienzulaufleitungen und die mittlere Lage Medienrücklaufleitungen aufweist, die sich entlang des Schienenstrangabschnitts erstrecken. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die aufheizenden bzw. abkühlenden Medienzulaufleitungen eng an das Profil des Schienenstranges angepasst, während die Medienrücklaufleitungen weiter entfernt vom Schienenprofil in einer mittleren Lage angeordnet sind und somit in geringerem Maße zur Temperierung des Schienenstrangabschnitts beitragen. Jedoch ist ihre Abschirmwirkung gegenüber der Umgebungstemperatur verbessert, da keine Medienzulaufleitungen in der mittleren Lage angeordnet sind.

Die Temperierdecke weist vorzugsweise eine Innenfolie auf, auf der die innere Lage angeordnet ist. Ferner weist die Temperierdecke mindestens eine Zwischenfolie auf, welche die innere Lage mit der äußeren Lage mechanisch verbindet. Außerdem weist die Temperierdecke eine Außenfolie auf, welche die isolierende Außenlage mechanisch schützt. Dabei soll der thermische Übergangswiderstand der Innenfolie bzw. der Zwischenfolie verhältnismäßig gering gegenüber dem thermischen Übergangswiderstand der Außenfolie sein. Zusätzlich ist die Außenfolie, um eine mechanische Schutzfunktion zu erreichen, dicker ausgeführt als die Innen- und die Zwischenfolie.

Weiterhin kann die Außenfolie eine Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung aufweisen, für Fälle, bei denen in übermäßig heißen Regionen und/oder Jahreszeiten Schienen zu verlegen sind, während bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Außenfolie eine Wärmestrahlung absorbierende Beschichtung aufweist, wenn die Temperierdecke für Schienenverlegungen in übermäßig kalten Gebieten und/oder Jahreszeiten zum Einsatz kommt.

Vorzugsweise weist die Temperierdecke auf der inneren Lage Permanentmagnetelemente auf, welche in Längsrichtung der Temperierdecke gleichmäßig beabstandet verteilt angeordnet sind und quer zur Längsrichtung derart verteilt angeordnet sind, dass die Temperierdecke das Profil des Schienenstrangabschnitts eng anliegend ummantelt. Derartige Permanentmagnetelemente haben den Vorteil, dass sie keine zusätzliche Energieversorgung in Form eines Magnetstroms beanspruchen. Ein unterschiedliches Positionieren der mit Permanentmagnetelementen ausgestatteten Temperierdecke wird durch zwischenzeitliches Aufwickeln und Einholen und Wiederauslegen auf dem Schienenstrang erreicht.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Temperierdecke auf der inneren Lage Temperaturmesssensoren auf, welche in Längsrichtung der Temperierdecke gleichmäßig beabstandet verteilt angeordnet sind, während quer zur Längsrichtung eine Temperaturzuordnung zu dem Kopf, dem Steg und dem Fuß des Profils des Schienenstrangabschnitts vorgesehen ist. Dazu werden im Kopfbereich an einer Messposition vorzugsweise drei Temperaturmesssensoren angeordnet, während im Stegbereich zwei Messsensoren ausreichend sind und im Fußbereich ebenfalls zwei Messsensoren vorgesehen werden können. Demnach umfasst jede Messposition sieben Temperaturmesssenso ren, wobei vorzugsweise nach jedem Meter eine weitere Messposition vorgesehen ist. Bei einer Gesamtlänge des zu temperierenden Schienenstrangabschnitts von 60 m sind somit 420 Messstellen vorgesehen. Mit Hilfe einer derartigen dichten Verteilung von Messstellen kann der Aufheiz- bzw. Abkühlverlauf des Schienenstranges sowie der Schweißverlauf exakt protokolliert werden, ohne dass zusätzliches Personal zum Überwachen vorzusehen ist.

Somit ergeben sich durch die erfindungsgemäß verteilten Messsensoren entlang der Längserstreckung des Schienenstrangabschnitts erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber konventionellen Verfahrensweisen. Als Temperaturmesssensoren werden vorzugsweise Thermoelemente eingesetzt. Die analogen Werte der Thermoelemente können mit entsprechenden A/D-Wandlern digitalisiert werden und über eine gemeinsame Datenbusleitung zu dem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat zur Protokollierung und Auswertung geführt werden.

Als temperiertes Medium wird in der Temperierdecke eine Flüssigkeit eingesetzt, die vorzugsweise Wasser, insbesondere Wasser mit einem Frostschutzmittel, aufweist. Für den Medienvorlauf bzw. für den Medienrücklauf innerhalb der inneren und/oder mittleren Lage sind flache Leitungsschläuche aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen. Derartige flache Schläuche können in ihrem Querschnitt Verbindungsstege aufweisen, die den flachen Charakter der Querschnitte in vorteilhafter Weise stabilisieren. Die Dicke d_i der inneren Lage von Leitungsschläuchen zwischen 3 mm ≤ d_i ≤ 5 mm. Die Dicke d_z für die Leitungsschläuche in einer mittleren Lage weist die gleiche Größenordnung auf.

Die Temperierdecke kann auch auf ihrer Länge entlang dem Schienenstrangabschnitt mehrere Einspeisungsbereiche aufweisen, die jeweils einen Abschnitt der Temperierdecke versorgen. Jeder der Temperierdeckenabschnitte kann seinerseits eine einzeln montierbare Einheit darstellen, so dass Temperierdecken beliebiger Länge zusammensetzbar sind. Die Einspeisungsbereiche weisen nicht nur die Enden von Medienzulaufleitungen, sondern auch die Enden von Medienrücklaufleitungen auf, die vorzugsweise über Schnellkupplungen an die äußeren Medienleitungen zu dem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat angeschlossen werden können.

Auf einer Länge der Temperierdecke von 60 m sind mindestens drei Einspeisungsbereiche vorgesehen, so dass jeder Einspeisungsbereich eine Länge von ca. 20 m des Schienenstrangabschnitts versorgt. Dazu werden in den Einspeisungsbereichen die Medienleitungen durch die äußere thermisch isolierende Lage der Temperierdecke geführt. Eine derartige thermisch isolierende Lage weist vorzugsweise einen geschlossenen porigen Schaumstoff auf. Die geschlossene Porigkeit des Schaumstoffs gewährleistet eine hohe Wärmeisolation gegenüber der Umgebung. Dabei ist die Dicke dieser äußeren Lage auf mehrere Zentimeter begrenzt, um die Aufwickelbarkeit der Temperierdecke sowie die Montage der Temperierdecke zu ermöglichen. Wie oben erwähnt, kann die Temperierdecke durch Permanentmagnetelemente eng an das Profil des Schienenstrangabschnitts angepasst werden. Es ist jedoch auch möglich, dass innerhalb oder außerhalb der isolierenden Lage federnde Klammern vorgesehen sind, welche die Temperierdecke eng an das Profil des Schienenstrangabschnitts anpressen.

Ein Verfahren zum Schweißen eines Schienenstrangabschnitts und/oder eines Schienenbauteils unter Verwendung der obigen Temperiervorrichtung weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst werden zwei zu fügende Schienenstrangabschnitte in ihrer Längserstreckung eng anliegend an das Profil der Schienenstrangabschnitte mit Temperierdecken unter Freilassen der Unterseite des Schienenfußes ummantelt. Anschließend wird ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat an Einspeisungsbereiche der Temperierdecken angeschlossen. Danach wird der Schienenstrangabschnitt auf eine Temperatur T zwischen 20°C ≤ T ≤ 26°C temperiert, sofern es sich um geradlinige Schienenstrangabschnitte handelt. Bei gekrümmten Schienenstrangabschnitten und/oder bei Schienenbauteilen wie Weichen wird eine Temperatur T zwischen 23°C ≤ T ≤ 26°C eingehalten.

Nun kann ein Zusammenschweißen der Schienenstrangabschnitte und/oder der Schienenbauteile an ihrer Stoßstelle erfolgen. Anschließend kann die Temperierdecke von den Schienensträngen bzw. den Schienenbauteilen abgenommen werden oder es kann vorher jeder Schienenstrangabschnitt auf den Schienenschwellen des Schienenstrangabschnitts befestigt werden und danach ein Abnehmen der Temperierdecken erfolgen. Schließlich ist es auch von Vorteil, noch vor dem Verschweißen die Schienenstränge auf den Schwellen zu fixieren.

Im letzteren Fall ergibt sich der Vorteil, dass die Schienenstrangabschnitte relativ spannungsfrei bei einer optimalen Schienenstrangtemperatur von 20°C bis 26°C bzw. 23°C bis 26°C auf den Schwellen fixiert werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einen längeren Bereich der Schiene mit der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung einpacken kann. Wenn die Schiene dann auf die gewünschte Temperatur gebracht ist, beispielsweise durch Kühlen oder durch Erwärmen, dann wird diejenige Stelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung herausgenommen, an der zwei Schienen aneinander stoßen. Dieser Bereich kann dann miteinander verschweißt werden.

Es kann aber auch vorgesehen sein, bestimmte Schienen, die zur Verschweißung vorgesehen sind, in einer Klimakammer aufzubewahren, so dass diese Schienen unmittelbar aus der Klimakammer an die Schweißstellen angesetzt werden können. Wenn dann die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung noch draufgepackt wird, dann ist gewährleistet, dass die Temperatur des neuen anzuschließenden Innnenstrangabschnittes optimal in einem Temperaturbereich von 20°C ≤ T ≤ 26°C bzw. 23°C ≤ T ≤ 26°C für Schienenbauteile gehalten werden kann, so dass ein optimales Gefüge des Schweißmaterials an der Schweißstelle gewährleistet ist.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird das Ummanteln des Profils der Schienenstrangabschnitte mit Temperierdecken durch Anbringen von Permanentmagneten der Temperierdecken an das Profil der Schienenstrangabschnitte durchgeführt. Dabei übernehmen die Permanentmagnete die Aufgabe, die innere Lage mit den das temperierende Medium führenden Leitungen eng an das Profil des Schienenstrangs anzupassen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen diese Permanentmagnetelemente aus Ferritmagnetpartikel aufweisenden Streifen, die auf der Innenfolie der inneren Lage der Temperierdecke angeordnet oder aufgeklebt sind und sich entlang des Schienenstrangabschnitts erstrecken. Solche magnetischen Streifen haben den Vorteil, dass sie einen gleichmäßigen Anpressdruck auf die gesamte Temperierdecke sicherstellen. Bei der Durchführung des Schweißverfahrens wird die Fügestelle in einem vorgegebene Abstand frei von Temperierde cken gehalten. Schließlich werden über das Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat mit Hilfe von Temperaturmesssensoren, die dem Profil des Schienenstrangabschnitts angepasst sind, die Temperaturverläufe an den Messstellen digital registriert und protokolliert. Dazu werden die analogen Messwerte digitalisiert und dem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat über einen Datenbus zugeführt. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass ein derartiger Datenbus mit beliebig vielen Pulscode-Modulationskanälen ausgestattet sein kann und somit seriell eine hohe Anzahl von Messstellen erfassen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine "sanfte" Methode zum Einsatz gebracht, und damit eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in dem langgestreckten Werkstück erreicht. Auch bei Überschreiten des zulässigen Temperaturfensters für eine Schweißung von Eisenbahnschienen können durch Kühlen der Schienenstrangabschnitte diese auf die zugelassenen Werte gebracht werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass in vorteilhafter Weise die Schiene mit Hilfe der Temperierdecke in eine temperierende Manschette auf der temperaturmäßig zu behandelnden Länge eingepackt wird, wobei die aus der Temperierdecke gebildete Manschette vorzugsweise durch Magnete an dem Schienenprofil befestigt wird. Innerhalb dieser Manschette befindet sich ein Schlauchsystem zur Versorgung mit dem temperierten Medium, das vorzugsweise Wasser, insbesondere frostschutzversetztes Wasser, verwendet. Das Temperieren des Mediums erfolgt in einer Art Klimaanlage, die mit einzelnen Einspeisungsmanschetten in Verbindung steht. Dabei werden durch diese "Klimaanlage" die erforderlichen Temperaturen gehalten und gleichmäßig über die gesamte Länge verteilt. Die Regelung der Temperaturen und die notwendigen Messungen können vorteilhafterweise lückenlos über einen Rechner dokumentiert werden.

Aufgrund dieser lückenlosen Aufzeichnung des Temperaturverlaufs kann zukünftig auf den Einsatz eines Schweißüberwachers verzichtet werden. Damit kann mit der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ein "Komplettsystem" angeboten werden, welches das in der derzeitigen Praxis handgeschriebene Protokoll zum Aufzeichnen des Temperaturverlaufs überflüssig macht. Ähnlich wie bei einem Mehrkanalschreiber können nun die Temperaturverläufe nachvollziehbar dokumentiert und können nachträglich nicht manipuliert werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schienenstrang mit einer Temperiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine prinzipielle Skizze einer Anordnung zum Schweißen von zwei Schienenstrangabschnitten unter Verwendung der Temperiervorrichtung der 1.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schienenstrangabschnitt 3 mit einer Temperiervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Profil 4 des Schienenstranges 3 zeigt im Querschnitt einen Schienenfuß 6, der mit seiner Unterseite 5 auf einem Gummipuffer 39 angeordnet ist und von einer Schienenschwelle 37 getragen wird. Der relativ breite Schienenfuß 6 geht in einen schlanken Schienensteg 26 über, der seinerseits sich zu einem massiven Schienenkopf 25 erweitert.
Dieses Schienenprofil 4 wird von einer Temperierdecke 2 ummantelt, so dass sich eine temperierende Manschette ausbildet. Diese Temperierdecke 2 weist in dieser Ausführungsform der Erfindung drei Lagen auf, wobei eine innere Lage 7 Medienzulaufleitungen 16 aufweist, die ein temperiertes Medium in Leitungsschläuchen 28 aus Kunststoff mit einem flachen Querschnittsprofil führen und von einer Innenfolie 19 zueinander beabstandet gehalten werden. Eine weitere Folie ist als Zwischenfolie 20 zwischen der inneren Lage 7 und einer mittleren Lage 18 angeordnet, wobei die mittlere Lage 18 Medienrücklaufleitungen 17 aufweist, in deren flachen Leitungsschläuchen 28 das temperierende Medium zu einem hier nicht gezeigten Einspeisungsbereich zurückgeführt wird. Diese Medienrücklaufleitungen 17 werden von einer weiteren Zwischenfolie 21 abgedeckt, die eine äußere Lage 8 aus thermisch isolierendem Material 10 trägt, wobei in dieser Ausführungsform der Erfindung das thermisch isolierende Material 10 aus einem geschlossen porigem Schaumstoff besteht. Diese äußere Lage aus geschlossen porigem Schaumstoff wird von einer Außenfolie 22 abgeschlossen, welche die Temperierdecke 2 vor mechanischen Beschädigungen schützt.
Die Temperierdecke 2 wird mit Hilfe von Permanentmagnetelementen 23 eng an das Profil 4 des Schienenstrangabschnitts 3 aufgrund magnetischer Kräfte fixiert. Die Permanentmagnetelemente 23 sind auf die Innenfolie 19 geklebt, so dass sie beim Abnehmen der Temperierdecke 2 von dem Schienenstrangabschnitt 3 an der inneren Lage 7 der Temperierdecke 2 haften bleiben. Diese Permanentmagnetelemente 23 können auch Permanentmagnetstreifen aufweisen, die mit magnetischen Ferritpartikeln bestückt sind und sich entlang der inneren Lage 7 erstrecken.
Die Temperierdecke 2 ist außerdem auf ihrer Innnenfolie 19 mit Temperaturmesssensoren 24 in Form von Thermoelementen 27 ausgestattet, wobei drei Messsensoren 24 den Schienenkopf 25 umgeben und zwei Messsensoren 24 am Schienensteg 26 die Temperatur erfassen, während zwei weitere Temperaturmesssensoren 24 im Bereich des Schienenfußes 6 des Schienenprofils angeordnet sind. Diese Temperaturmessensoren sind mit Analog-/Digital-Wandlern verbunden und vorzugsweise in 1 m Abstand in Längsrichtung des Schienenstranges angeordnet, so dass bei einem 60 m langen zu temperierenden Schienenstrangabschnitt 420 Temperaturmesssensoren 24 angeordnet sind. Die digitalisierten Messwerte dieser Temperaturmesssensoren 24 werden über einen in 2 gezeigten Datenbus einem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat zugeführt.
Die Temperiervorrichtung 1 sorgt durch einen Medienkreislauf in den Medienzuleitungen 16 und Medienrückleitungen 17 dafür, dass die Temperatur eines geraden Schienenstranges zwischen 20°C und 26°C gehalten wird, indem bei kühlerer Umgebungstemperatur ein Heizmedium durch die Medienzuleitungen 16 und Medienrückleitungen 17 fließt und bei Temperaturen über diesem Temperaturbereich ein Kühlmedien durch die Medienzuleitungen 16 und die Medienrückleitungen 17 zu dem hier nicht gezeigten Einspeisungsbereich fließen. Die Temperierung des Mediums wird wiederum in dem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat, das in 2 gezeigt wird, sichergestellt. Auch die Messwerte der einzelnen Temperaturmesssensoren werden in diesem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat registriert, protokolliert und gespeichert und bei Bedarf ausgewertet.
Die Gesamtdicke D der Temperierdecke 2 liegt zwischen 2 cm ≤ D ≤ 4 cm. Davon entfallen auf die innere Lage 7 mit den flachen Leitungsschläuchen 28 eine Dicke d_i zwischen 3 mm ≤ d_i ≤ 5 mm und auf die mittlere Lage 18 mit ihren flachen Leitungsschläuchen 28 eine Dicke d_z zwischen 3 mm ≤ d_z ≤ 5 mm. Der Schienenstrang kann vor oder nach dem Schweißen auf der Schwelle 37 fixiert werden, wobei zum Anbringen von Klemmelementen im Fußbereich 6 des Schienenprofils 4 die Temperierdecke 2 ein wenig angehoben wird.
2 zeigt eine prinzipielle Skizze einer Anordnung zum Schweißen von zwei Schienenstrangabschnitten 3 und 34 unter Verwendung der Temperiervorrichtung 1 der 1. Beide Schienenstrangabschnitte 3 und 34 sind dazu in entsprechende 60 m lange Temperierdecken 2 und 35 verpackt. Diese Temperierdecken 2 und 35 weisen jeweils drei Abschnitte auf, die an zwei Stoßstellen 36 zusammengefügt sind. Jeder Abschnitt für sich weist einen entsprechenden Einspeisungsbereich 31, 32 oder 33 auf, wobei jeder Einspeisungsbereich 9 mit Schnellkopplungen an Medienleitungen 15 angekoppelt werden kann, die einen Medienkreislauf 12 bilden, wobei die Medienleitungen 15 zu den entsprechenden Zulauf- 13 und Ablaufanschlüssen 14 des Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregats 11 führen.
Über diese Medienleitungen 15 wird eine Kühlflüssigkeit oder eine Heizflüssigkeit geführt, die in den Medienzulaufleitungen und Medienrücklaufleitungen innerhalb der Temperierdecke 2 eine Kühlung bzw. eine Erwärmung der Schienenstrangabschnitte 3 und 34 derart bewirken, dass diese vor einem Schweißvorgang der Fügestelle 38 auf eine Temperatur T zwischen 20°C ≥ T ≥ 26°C für geradlinige Schienenstrangabschnitte und auf eine Temperatur T zwischen 23°C ≥ T ≥ 26°C für gekrümmte Schienenstrangabschnitte bzw. für andere Schienenbauteile, wie Weichen, erhalten wird. Die Temperiervorrichtung 1 weist für jeden der Schienenstrangabschnitte 3 und 34 n- bzw. m-Temperaturmessstellen auf, an denen, wie in 1 gezeigt, sieben Messsensoren angeordnet sind, deren Messwerte mit Hilfe von Pulscode-Modulationstransmittern 29 auf einen Datenbus 30 gegeben werden und von dort aus dem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat 11 zugeführt werden.
Somit kann das Erreichen des vorgeschriebenen Temperaturbereichs registriert und protokolliert werden und auch während des Schweißvorganges an der Fügestelle 38 kann überprüft werden, ob diese Temperaturvorgaben eingehalten werden. Vor dem Schweißen der Fügestelle 38 können bereits die Schienenstrangabschnitte 3 und 34 auf den Schwellen 37 fixiert werden, ohne dass es notwendig ist, die Temperierdecke 2 abzuziehen. Die Datenbusse 30 mit ihren Datenkanälen n bzw. m haben den Vorteil, dass aufgrund der PCM-Transmitter 29 eine Vielzahl von Messdaten dem Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat 11 über zweiadrige Leitungen oder über Funk seriell zugeführt werden können.

1: Temperiervorrichtung
2: Temperierdecke
3: Schienenstrangabschnitt
4: Profil des Schienenstrangabschnitts
5: Unterseite des Schienenfußes
6: Schienenfuß
7: innere Lage
8: äußere Lage
9: Einspeisungsbereich
10: thermisch isoliertes Material
11: Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat
12: Medienkreislauf
13: Zulauf
14: Ablauf
15: Medienleitungen
16: Medienzulaufleitung
17: Medienrücklaufleitung
18: mittlere Lage
19: Innenfolie
20: Zwischenfolie
21: Zwischenfolie
22: Außenfolie
23: Permanentmagnetelement
24: Temperaturmesssensor
25: Schienenkopf
26: Schienensteg
27: Thermoelement
28: Leitungsschlauch (flach)
29: PCM-Transmitter
30: Datenbus
31: Einspeisungsbereich
32: Einspeisungsbereich
33: Einspeisungsbereich
34: Schienenstrangabschnitt
35: Temperierdecke
36: Stoßstelle
37: Schienenschwellen
38: Fügestelle
39: Gummipuffer
D: Gesamtdicke
d_i: Dicke der inneren Lage
d_z: Dicke der Zwischenlage

Claims

Temperiervorrichtung für ein Schweißen von Bahnschienen und/oder Schienenbauteilen, wobei die Temperiervorrichtung (1) eine Temperierdecke (2) aufweist, die entlang eines Schienenstrangabschnitts (3) das Profil (4) des Schienenstrangabschnitts (3) enganliegend unter Freilassung der Unterseite (5) des Schienenfußes (6) ummantelt und mindestens zwei Lagen (7, 8) aufweist, wobei eine innere Lage (7) ein temperiertes Medium in Längsrichtung des Schienenstragabschnittes (3) hin und zurück von bzw. zu einem Einspeisungsbereich (9) der Temperierdecke (2) führt und eine äußere Lage (8) ein thermisch isolierendes Material (10) aufweist.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (1) einen geraden Schienenstrangabschnitt (3) auf einer Temperatur T durch Erwärmen oder Abkühlen zwischen 20°C ≤ T ≤ 26°C hält und vorzugsweise einen gekrümmten Schienenstrangabschnitt (3) und/oder Schienenbauteile wie Weichen auf einer Temperatur T durch Erwärmen oder Abkühlen zwischen 23°C ≤ T ≤ 26°C hält.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (1) ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat (11) mit einem Medienkreislauf (12) aufweist, wobei das Aggregat (11) einen Zulauf (13) und einen Ablauf (14) aufweist, die mit dem Einspeisungsbe reich (9) lösbar über Medienleitungen (15) in Verbindung stehen.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (11) Heiz- und Kühlsysteme aufweist, die das Medium aufheizen bzw. abkühlen, um den Schienenstrang auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lage (7) der Temperierdecke (2) Medienzulaufleitungen (16) und Medienrücklaufleitungen (17) aufweist, die sich entlang des Schienenstrangabschnitts (3) erstrecken.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) eine mittlere Lage (18) aufweist, die zwischen der inneren (7) und der äußeren (8) Lage angeordnet ist und Medienzulaufleitungen (16) sowie Medienrücklaufleitungen (17) aufweist, die sich entlang des Schienenstrangabschnitts (3) erstrecken.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) eine mittlere Lage (18) aufweist, die zwischen der inneren (7) und der äußeren (8) Lage angeordnet ist, wobei die innere Lage (7) Medienzulaufleitungen (16) und die mittlere Lage (18) Medienrücklaufleitungen (17) aufweist, die sich entlang des Schienenstrangabschnitts (3) erstrecken.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) eine Innenfolie (19) aufweist, auf der die innere Lage (7) angeordnet ist und mindestens eine Zwischenfolie (20) aufweist, welche die innere Lage (7) mit der äußeren Lage (8) mechanisch verbindet und eine Außenfolie (22) aufweist, welche die isolierende äußere Lage (8) mechanisch schützt.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfolie (22) eine Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung aufweist.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfolie (22) eine Wärmestrahlung absorbierende Beschichtung aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) auf der inneren Lage (7) Permanentmagnetelemente (23) aufweist, welche in Längsrichtung der Temperierdecke (2) gleichmäßig beabstandet verteilt angeordnet sind und quer zur Längsrichtung derart verteilt angeordnet sind, dass die Temperierdecke (2) das Profil (4) des Schienenstrangabschnitts (2) enganliegend ummantelt.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) auf der inneren Lage (7) Temperaturmesssensoren (24) aufweist, welche in Längsrichtung der Temperierdecke (2) gleichmäßig beabstandet verteilt angeordnet sind, während quer zur Längsrichtung eine Temperaturzuordnung zu dem Kopf (25), dem Steg (27) und dem Fuß (6) des Profils (4) des Schienenstrangabschnitts (3) vorgesehen ist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) auf der inneren Lage (7) Thermoelemente (27) als Temperaturmesssensoren (24) aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) in der inneren und/oder der mittleren Lage (7, 8) flache Leitungsschläuche (28) aus einem Kunststoffmaterial für das temperierte Medium aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) als äußere thermisch isolierende Lage (8) einen geschlossen porigen Schaumstoff aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesssensoren (24) einen A/D Wandler und einen PCM-Transmitter (29) aufweisen und über einen Datenbus (30) mit dem SRV-Aggregat (11) elektrisch in Verbindung stehen.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) als temperiertes Medium eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser insbesondere Wasser mit einem Frostschutzmittel aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierdecke (2) auf ihrer Länge mindestens drei Einspeisungsbereiche (31, 32, 33) aufweist.
Verfahren zum Schweißen und Verlegen von Schienenstrangabschnitten (3, 34) und/oder Schienenbauteilen unter Verwendung der Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Ummanteln von zwei zu fügenden Schienenstrangabschnitten (3, 34) in ihren Längserstreckungen enganliegend an das Profil (4) der Schienenstrangabschnitte (3, 34) mit Temperierdecken (2, 35) unter Freilassung der Unterseite (5) des Schienenfußes (6); – Anschließen von Einspeisungsbereichen (31 bis 33) der Temperierdecken (2, 35) an ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat (11); – Temperieren der Schienenstrangabschnitte (3, 34) auf eine Temperatur T zwischen 20°C ≤ T ≤ 26°C; – Fixieren der Schienenstrangabschnitte (3, 34) auf den Schienenschwellen (37); – Zusammenschweißen der Schienenstrangabschnitte (3, 34) an ihrer Stoßstelle (36); – Abnehmen der Temperierdecken (2, 35) von den Schienensträngen (3).
Verfahren zum Schweißen und Verlegen von Schienenstrangabschnitten (3, 34) und/oder Schienenbauteilen unter Verwendung der Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Ummanteln von zwei zu fügenden Schienenstrangabschnitten (3, 34) in ihren Längserstreckungen enganliegend an das Profil (4) der Schienenstrangabschnitte (3, 34) mit Temperierdecken (2, 35) unter Freilassung der Unterseite (5) des Schienenfußes (6); – Anschließen von Einspeisungsbereichen (31 bis 33) der Temperierdecken (2, 35) an ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat (11); – Temperieren der Schienenstrangabschnitte (3, 34) auf eine Temperatur T zwischen 20°C ≤ T ≤ 26°C; – Zusammenschweißen der Schienenstrangabschnitte (3, 34) an ihrer Stoßstelle (36); – Fixieren der Schienenstrangabschnitte (3, 34) auf den Schienenschwellen (37); – Abnehmen der Temperierdecken (2, 35) von den Schienensträngen (3).
Verfahren zum Schweißen und Verlegen von Schienenstrangabschnitten und/oder Schienenbauteilen unter Verwendung der Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Ummanteln von zwei zu fügenden Schienenstrangabschnitten (3, 34) in ihren Längserstreckungen enganliegend an das Profil (4) der Schienenstrangabschnitte (3, 34) mit Temperierdecken (2, 35) unter Freilassung der Unterseite (5) des Schienenfußes (6); – Anschließen von Einspeisungsbereichen (31 bis 33) der Temperierdecken (2, 35) an ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat (11); – Temperieren der Schienenstrangabschnitte (3, 34) auf eine Temperatur T zwischen 20°C ≤ T ≤ 26°C; – Zusammenschweißen der Schienenstrangabschnitte (3, 34) an ihrer Stoßstelle (36); – Abnehmen der Temperierdecken (2, 35) von den Schienenstrangabschnitten (3, 34); – Fixieren der Schienenstrangabschnitte (3, 34) auf den Schienenschwellen (37).
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ummanteln des Profils (4) der Schienenstrangabschnitte (3, 34) mit Temperierdecken (2, 35) durch Anbringen von Permanentmagnetelementen (23) der Temperierdecken (2, 35) an das Profil (4) der Schienenstrangabschnitte (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschließen von Einspeisungsbereichen (31 bis 33) der Temperierdecken (2, 35) an ein Steuer-, Regel- und Versorgungsaggregat (11) durch Schnellkupplungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestelle (38) in einem vorgegebenen Abstand frei von den Temperierdecken (2, 35) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer-, Regel-, und Versorgungsaggregat (11) mit Temperaturmesssensoren (24) über einen Datenbus (30) verbunden wird und die Temperaturverläufe an den Messstellen digital registriert und protokolliert werden.