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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer orthotropen Trägerplatte einer Fahrbahnplatte für Brücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer orthotropen Trägerplatte und eine solche Trägerplatte.
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Bei Brückenkonstruktionen werden meist orthotrope Fahrbahnplatten eingesetzt, die an ihrer Unterseite mit trapezförmigen Rippen verstärkt sind. Die trapezförmigen Rippen sind dabei über Schweißnähte an der Platte festgelegt, wobei die Schweißnähte korrodieren können, so dass sich die Trageigenschaften der Trägerplatte verschlechtern. Um Schäden an solchen orthotropen Platten zu sanieren, wurde in der
EP 1 991 739 A1 vorgeschlagen, die Fahrbahnplatten zu reinigen und zu entrosten, um dann die Innenfläche der Trapezprofile mit Kunststoff zu beschichten oder einen dehnbaren Gewebeschlauch zu verkleben. Dadurch soll der Innenraum der Hohlprofile gegen Korrosion geschützt werden.
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Die
CN 103388307 A offenbart eine Maschine zur Herstellung einer Stahlbrücke mit horizontalen Rippen, bei der ein Träger mit Aufnahmen für die Rippen in vertikale Richtung anhebbar und absenkbar ist, um gleichzeitig alle Rippen auf eine Platte andrücken zu können.
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In der
CN 203124989 U ist eine automatische Schweißmaschine mit einem Portal offenbart, bei der Rippen auf eine Platte gedrückt werden, um diese dann anzuschweißen. An dem Portal sind Druckelemente zum Andrücken der Rippen bewegbar gehalten. Eine ähnliche Maschine ist auch in der
CN 103056491 A gezeigt.
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In der
CN 201871884 U ist eine Schweißmaschine gezeigt, mit der Rippen an einer Platte angeschweißt werden. Die Rippen werden von oben angedrückt und dann von der Seite gescheißt.
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Korrosionsschäden an der Schweißnaht und den trapezförmigen Rippen treten insbesondere dann auf, wenn die Schweißnaht sich über die gesamte Breite der Hohlprofile erstreckt, so dass sich beim Verschweißen an der Innenseite der Hohlprofile an der Schweißnaht Verunreinigungen ansammeln können. Daher muss beim Verschweißen darauf geachtet werden, dass die Hohlprofile an den Kanten nicht über die gesamte Breite verschweißt werden, damit die Probleme durch Korrosion an der Innenseite zumindest später auftreten. Allerdings darf die Breite der Schweißnaht auch nicht zu klein gewählt werden, da dies sich nachteilig auf die Festigkeit der Schweißverbindung auswirkt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer orthotropen Trägerplatte zu schaffen, die ein Verschweißen von Rippen auf der Platte mit hoher Qualität ermöglichen und insbesondere ein Durchschweißen der Rippen über die gesamte Breite der Platte vermeiden. Ferner soll eine orthotrope Trägerplatte mit hoher Festigkeit bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst.
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Die orthotrope Trägerplatte weist eine Platte und mehrere parallel zueinander in eine Längsrichtung ausgerichtete Rippen aus schweißbarem Material auf, wobei die Rippen über einen Träger mit mehreren Druckelementen zum Andrücken der Rippen auf die Platten versehen sind und der Druck an den einzelnen Druckelementen individuell einstellbar ist, um die Rippen mit unterschiedlichem Anpressdruck gegen die Platte zu drücken. Dadurch kann beim Verschweißen sichergestellt werden, dass an der Schweißstelle kein Spalt zwischen der Rippe und der Platte vorhanden ist, denn Platten aus schweißbarem Material, insbesondere aus Stahl, lassen sich nicht vollständig eben herstellen, insbesondere wenn die Platte mehrere Meter breit und lang ist. Dann kann es beim Anbringen der Rippen auf der späteren Unterseite der Trägerplatte zu geringfügigen Spalten zwischen den Rippen und der Platte kommen, so dass ein „Durchschweißen“ kaum vermieden werden kann, denn im Bereich des Spaltes gelangt das Schweißmaterial auch in den Innenraum der Rippe, was zu einer verstärkten Korrosion und einer geringeren Qualität der Schweißnaht führt.
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Durch das individuelle Andrücken der einzelnen Rippen kann zunächst sichergestellt werden, dass alle Rippen unmittelbar auf der Platte aufliegen, bevor die Rippen über eine Schweißnaht an der Platte fixiert werden. Dies erhöht die Qualität der Schweißnaht und verhindert das Problem von Durchschweißungen.
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Dabei ist jedes Druckelement an dem Träger über eine Hydraulik angetrieben. Dadurch kann vor dem Anschweißen der Rippen an der Platte der Anpressdruck über die Hydraulik eingestellt werden. Die Druckelemente können dabei an einem Träger gehalten sein, wobei der Träger über einen Antrieb in Hubrichtung bewegbar ist. Dadurch kann über den Träger zunächst ein Ausrichten der Rippen vorgenommen werden, bevor dann über den Anpressdruck ein Spalt zugepresst wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Träger mindestens drei Aufnahmen auf, insbesondere vier Aufnahmen, wobei in jede Aufnahme jeweils eine Rippe zumindest teilweise einfügbar ist. Dadurch kann über jede Aufnahme ein Ausrichten und Andrücken der Rippen erfolgen. Die Aufnahme kann dabei im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet sein und an der Oberseite der Aufnahme ein Druckelement aufweisen. Die Rippen sind vorzugsweise ebenfalls trapezförmig ausgebildet und aus einem gebogenen Stahlblech hergestellt, das an zwei Kanten mit der Platte verschweißt wird.
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Um die Rippen an der Außenseite beim Ausrichten und/oder Andrücken nicht zu beschädigen, kann an den Seitenwänden der Aufnahmen mindestens eine Führungsrolle vorgesehen sein, die die Rippen gegen die Platte drückt. Dabei kann der Träger zwei Platten mit Aufnahmen aufweisen, wobei zwischen den Platten im Bereich der Seitenwände der Aufnahmen drehbare Führungsrollen vorgesehen sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 6 wird nach dem Ausrichten und Andrücken der Rippen auf die Platte geprüft, ob zwischen einer der Rippen und der Platte ein Spalt vorhanden ist. Diese Prüfung kann manuell mit dünnen Einlegscheiben oder maschinell durchgeführt werden. Wird ein Spalt zwischen der Rippe und der Platte festgestellt, obwohl die Rippe in diesem Bereich auf die Platte angeschweißt werden soll, wird der Anpressdruck eines Druckelementes der Druckvorrichtung erhöht, um die Rippe noch stärker gegen die Platte zu drücken, bis die Rippe ohne Spalt auf der Platte anliegt. Erst dann wird die Rippe über eine Schweißnaht auf die Platte angeheftet, um die Rippe an der Platte zu fixieren. Statt dem Anheften der Rippe an der Platte kann auch gleich die Schweißnaht zwischen Rippe und Platte hergestellt werden. Da beim Schweißen sichergestellt ist, dass die Rippe unmittelbar auf der Platte aufliegt und kein Spalt vorhanden ist, kann über die Einstellung der Schweißparameter sichergestellt werden, dass es an der Kante der Rippe zu keiner Durchschweißung kommt, wobei der an der Platte anliegende Steg auf eine minimale Dicke reduziert werden kann, beispielsweise von kleiner als 1,5 mm.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich die Rippen mit hoher Qualität an der Platte anschweißen, wobei das Problem durch Durchschweißungen vermieden werden kann.
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Vorzugsweise wird das Prüfen, ob ein Spalt zwischen der Rippe und der Platte vorhanden ist, und das anschließende Anschweißen über die gesamte Länge der Rippe vorgenommen, beispielsweise in Abständen von 30 cm bis 1 m, insbesondere 40 cm bis 60 cm. Dadurch ist sichergestellt, dass die Rippe über die gesamte Länge sicher an der Platte angeschweißt wird. Dabei kann die Rippe zunächst über Anheftungen, also kurze Schweißnähte, an der Platte vorfixiert werden, bevor dann eine Schweißnaht über die gesamte Länge der Rippe hergestellt wird.
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Ferner wird gemäß der Erfindung eine orthotrope Trägerplatte gemäß Anspruch 8 bereitgestellt, bei der die Rippe im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist und mit zwei Kanten über Schweißnähte an der Platte festgelegt ist, wobei ein Steg an den Kanten der Rippen benachbart zu der Schweißnaht, der auf der Platte aufliegt, eine Breite besitzt, die zwischen 0 mm und 1,5 mm liegt, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 1 mm. Dadurch kann die Festigkeit der orthotropen Trägerplatte verbessert werden, da die Breite des Steges auf ein Minimum reduziert wird, ohne dass Durchschweißungen im Bereich der Kanten auftreten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer orthotropen Trägerplatte;
- 2 bis 5 eine Vorderansicht der Vorrichtung der 1 mit unterschiedlichen Positionen des Trägers;
- 6 eine perspektivische Ansicht einer orthotropen Trägerplatte bei der Herstellung;
- 7 eine vergrößerte Detailansicht der Trägerplatte der 6, und
- 8 und 9 zwei Ansichten einer modifizierten Vorrichtung zur Herstellung einer orthotropen Trägerplatte.
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Eine Vorrichtung 1 zur Herstellung einer orthotropen Trägerplatte umfasst eine Vielzahl von Querbalken 2, auf denen Längsträger 3 aufliegen, die zusammen eine Tragkonstruktion zur Abstützung der Trägerplatte bilden. Die orthotrope Trägerplatte kann dabei als Decken- oder Fahrbahnplatte im Stahlbau, insbesondere im Brückenbau, eingesetzt werden und zur Verstärkung in Längsrichtung ausgerichtete „Rippen“ aufweisen. Die „Rippen“ werden auch als Trapezbleche oder Längssteifen bezeichnet, wobei die Rippen meist einen Hohlraum umschließen, insbesondere einen trapezförmigen Hohlraum, und mit zwei Kanten auf der Platte aufgeschweißt sind.
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Um die Rippen auf der Platte auszurichten, ist ein Portal 4 vorgesehen, das entlang einer Schiene 5 auf der Tragkonstruktion in Längsrichtung verfahrbar ist.
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Wie in 2 gezeigt ist, besitzt das Portal 4 einen oberen Querbalken 6, an dem ein Träger 7 hängend angeordnet ist. Der Träger 7 ist dabei entlang dem Querbalken 6 in eine horizontale Richtung senkrecht zur Längsrichtung verfahrbar, wobei hierfür zwei Laufwägen 8 vorgesehen sind, die jeweils über einen hydraulischen Antrieb 9 den Träger 7 absenken oder anheben können.
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Der Träger 7 umfasst an der Unterseite mehrere trapezförmige Aufnahmen 10 in Form von Aussparungen, wobei an jeder Aufnahme 10 am oberen Bereich ein Druckelement 11 schematisch eingezeichnet ist.
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Zum Herstellen einer orthotropen Trägerplatte wird zunächst eine Platte 12 aus schweißbarem Material, insbesondere Stahl, auf die Längsträger 3 der Tragkonstruktion aufgelegt. Die Platte 12 kann dabei eine Breite von beispielsweise 3 bis 5 m und eine Länge von mehr als 10 m besitzen, um später als Fahrbahnplatte im Brückenbau oder Schiffsbau eingesetzt zu werden.
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Wie in 3 gezeigt ist, werden auf die Platte 12 drei Rippen 20 aufgelegt, wobei die Rippen 20 im Querschnitt trapezförmig ausgebildet sind und einen Hohlraum umschließen. Jede Rippe 20 liegt dabei mit zwei Kanten auf der Oberseite der Platte 12 auf. Die Rippen 20 bestehen ebenfalls aus einem schweißbaren Material, insbesondere einem gebogenen Stahlblech. Zum Positionieren der Rippen 20 wird der Träger 7 über die Antriebe 9 abgesenkt, so dass jede Rippe 20 in einer Aufnahme 10 angeordnet wird. Dadurch kann über den Träger 7 der Abstand in eine horizontale Richtung senkrecht zur Längsrichtung eingestellt werden.
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In 4 ist der Träger 7 soweit abgesenkt worden, dass die Rippen 20 entsprechend auf der Platte 12 ausgerichtet sind und nun ein Anschießen der Rippen 20 auf der Platte 12 erfolgen könnte. Allerdings sind sowohl die Platte 12 als auch die Rippen 20 nicht vollkommen eben im Bereich der Kontaktfläche, so dass es zu einer gewissen Spaltbildung im Bereich des Trägers kommen kann, was die Qualität einer Schweißnaht nachteilig beeinflussen könnte. Um dies zu vermeiden, wird an den Rippen 20, an denen ein Spalt detektiert wird, die Druckvorrichtung mit dem Druckelement 11 betätigt, um den Druck auf die jeweilige Rippe 20 zu erhöhen. Dabei kann an benachbarten Rippen 20 ein unterschiedlicher Druck durch die Druckelemente 11 aufgebracht werden. Erst wenn durch die Druckelemente 11 sichergestellt ist, dass kein Spalt zwischen den Kanten der Rippen 20 und der Oberseite der Platte 12 vorhanden ist, werden die Rippen 20 im Bereich des Trägers 7 an der Platte 12 angeschweißt. Es ist natürlich auch möglich, für jede Rippe 20 zunächst einzeln zu prüfen, ob ein Spalt vorhanden ist, und nach der Beseitigung des Spaltes ein Anschweißen vorzunehmen. Vorzugsweise werden jedoch zunächst die Spalte an den drei Rippen 20 beseitigt, bevor dann ein Anschweißen erfolgt.
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Nach dem Anschweißen der Rippen 20 im Bereich des Trägers 7 kann dieser nun angehoben werden, und in Längsrichtung der Rippen verfahren werden, beispielsweise um 40 cm bis 1 m, um an dem nächsten Punkt die Rippen 20 an der Oberseite der Platte 12 auszurichten und anzuschweißen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Rippen 20 über die gesamte Länge an der Platte 12 festgelegt sind. Dann kann eine Schweißnaht über die gesamte Länge der Rippen 20 erzeugt werden.
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Nach dem Verschweißen der drei Rippen 20 kann der Träger 7 nun über die Laufwagen 8 in Querrichtung verfahren werden, um dann die nächsten Rippen 20 benachbart zu den schon festgelegten Rippen 20 auf der Platte 12 zu fixieren.
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In 6 ist eine orthotrope Trägerplatte 30 gezeigt, auf der beispielhaft drei Rippen 20 vorgesehen sind. Für einen Fahrbahnbelag werden meist acht Rippen 20 vorgesehen, aber auch eine andere Anzahl von Rippen 20 kann auf der Platte 12 fixiert werden.
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Die Rippen 20 sind parallel zueinander ausgerichtet und umfassen zwei aufspreizende Schenkel 21, die mit einer Kante 24 auf der Oberseite der Platte 12 aufliegen. In Längsrichtung ist an jeder Rippe 20 ein Überstand 23 vorgesehen, der nach dem Anschweißen der Rippen 20 abgeschnitten werden kann, um die Qualität der Schweißverbindung prüfen zu können. Jede Kante 24 ist in 6 über Anheftungen 25 an der Platte 12 fixiert, wobei unter dem Begriff „Anheftungen“ eine Schweißnaht mit begrenzter Länge verstanden wird, beispielsweise zwischen 20 mm und 100 mm, insbesondere 40 mm bis 70 mm. Die Anheftungen 25 sind in einem gewissen Abstand angeordnet, beispielsweise zwischen 40 cm und 70 cm, um eine sichere Fixierung an der Platte 12 zu gewährleisten. Die Kanten 24 können dann über die gesamte Länge mit der Platte 12 verschweißt werden, wobei die Anheftungen 25 wahlweise erneut aufgeschmolzen werden oder diese nicht neu verschweißt werden.
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In 7 ist eine Schnittansicht durch eine Schweißnaht 25 an der Kante 24 eines Schenkels 21 der Rippe 20 gezeigt. Die Schweißnaht 25 ist im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet, wobei an der Oberseite der Platte 12 ein Steg 28 des Schenkels 21 anliegt. Der Schenkel 21 kann sich in einem Winkel α von beispielsweise 80° bis 85° nach oben erstrecken, und von dem Steg 28 erstreckt sich die Schweißnaht 25 im Wesentlichen in einem Winkel zwischen 45° und 60°.
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Um eine Durchschweißung zu verhindern, besitzt der Steg 28 eine Breite b, die in einem Bereich zwischen 0 und 1,5 mm, insbesondere 0,2 mm bis 1 mm, liegt. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Verschweißen keine Durchschweißungen auftreten, die sofort zu Verunreinigungen an der Schweißnaht führen und zudem das Korrosionsverhalten nachteilig beeinflussen.
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In den 8 und 9 ist eine modifizierte Vorrichtung zur Herstellung einer orthotropen Platte gezeigt, die statt drei Aufnahmen 10 an einem Träger 7' vier solcher Aufnahmen 10 aufweist. An jeder Aufnahme 10 ist an der Oberseite ein Druckelement 11 vorgesehen, das über eine Hydraulik individuell den Druck auf die Rippe 20 anpassen kann.
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Ferner sind an dem Träger 7' an den Seitenwänden der Aufnahmen 10 Führungsrollen 26 angebracht, die dafür sorgen, dass die Seitenwände der Aufnahme 10 nicht unmittelbar in Kontakt mit den Schenkeln 21 der Rippen 20 gelangen. Wie in 9 gezeigt ist, sind die Führungsrollen 26 jeweils an einer Achse 27 gelagert, die durch eine erste Trägerplatte 70 und eine zweite Trägerplatte 71 geführt sind. Die beiden Trägerplatten 70 und 71 sind in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass dazwischen auch das Druckelement 11 vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht das zweite Ausführungsbeispiel in Funktion und im Betrieb dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Querbalken
- 3
- Längsträger
- 4
- Portal
- 5
- Schiene
- 6
- Querbalken
- 7,7'
- Träger
- 8
- Laufwagen
- 9
- Antrieb
- 10
- Aufnahme
- 11
- Druckelement
- 12
- Platte
- 20
- Rippe
- 21
- Schenkel
- 23
- Überstand
- 24
- Kante
- 25
- Anheftung/Schweißnaht
- 26
- Führungsrolle/Rolle
- 27
- Achse
- 28
- Steg
- 30
- Trägerplatte
- 70
- Trägerplatte
- 71
- Trägerplatte
- α
- Winkel
- b
- Breite
