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Verfahren zur Ausbesserung oder teilweisen Erneuerung fugenlos verschweißter
Schienenstränge, insbesondere mittels der elektrischen Abschmelzschweißung Nicht
nur bei Stadtstraßenbahnen, sondern auch bei Überland- und Fernbahngleisen geht
man neuerdings dazu über, den Laschenstoß mit Wärmeausdehnungslücke durch lückenlose
Verschweißung der Schiene zu-ersetzen. Meist legt man noch in größeren Abständen
Ausdehnungslücken ein, doch berechtigen die nunmehr vorliegenden Beobachtungen zu
der Erwartung, daß auch durchgängig geschweißte Gleisstränge ohne jeden Ausdehnungsstoß
betriebssicher gestaltbar sein werden.
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Mit der Frage der Verlegung solcher durchgängig geschweißter Schienenstränge
tritt auch gleich die Frage der schnellen und sicheren Ausbesserung gebrochener
Schienenstränge und ihre teilweise Erneuerung auf.
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Bei manchen an sich sehr gut geeigneten Schweißverfahren für Schienenstöße,
zum Beispiel dem aluminothermischen (Thermit-) Stumpfschweißen und dem elektrischen
Stumpf-und besonders Abschmelzschweißverfahren, müssen die Schienenenden gegeneinander
bzw. abwechselnd gegeneinander und voneinander bewegt werden. Dies ist bei geschweißten
Schienensträngen mit Ausdehnungslücken in nicht zu großen Abständen noch mit verhältnismäßig
einfachen Mitteln möglich, da die Stoßlücke für die erforderliche Bewegung von etwa
2 cm Höchstmaß allgemein ausreichen wird. Anders ist die Sache, wenn die Stoßlücken
sehr weit auseinanderliegen oder wenn gar keine Stoßlücken vorgesehen sind. Im ersten
Falle müßte einmal eine sehr große Strecke freigelegt werden, und dann läßt sich
ein langes Schienenstück nicht leicht in der zum Beispiel für die elektrische Abschmelzschweißung
erforderlichen Weise hin und her bewegen. Im zweiten Falle fällt mit der Stoßlücke
die Bewegungsmöglichkeit ganz weg. -Vorliegende Erfindung gibt einwandfreie Lösungen
für die Ausbesserungsschweißung solcher endlos geschweißten Schienenstränge.
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Der Grundgedanke des Verfahrens ist in Abb. z und 2 dargestellt. Die
Längsbeweglichkeit an der Schweißstelle wird durch -Querausbiegen des einen Schienenstrangendes
z erreicht, während das andere benachbarte Schienenende 2 in einer Spannvorrichtung
festliegt. Das Schienenstrangende x wird von der Schweißstelle aus in einer Richtung
auf eine durch Rechnung vorbestimmbare Länge freigelegt. Etwa in der Mitte des freigelegten
Schienenstrangendes r wird eine Kraft P angelegt, welche das Schienenstrangende
r in der Ebene des geringsten Widerstandsmomentes quer zur Längsrichtung so weit
durchbiegt, bis an der Schweißstelle die erforderliche Lücke 3 entsteht. Bedingung
ist, daß das Schienenstrangende z an der Schweißstelle in der Längsrichtung und
gegen Verkanten sicher und leichtbeweglich, etwa durch die angedeuteten Rollen q,
geführt und an seinem entgegengesetzten Ende g festgehalten ist. Zur Erzeugung des
zur Schweißbindung erforderlichen Stauchdrucks und zur
Unterstützung
der Kraft P ist unweit der Schweißstelle eine Kraft R in Schienenlängsrichtung wirksam.
Eine weitere Voraussetzung für dieses Verfahren ist, daß an der Schweißstelle keine
Klafflücke rs, Abb. 3, sondern eine der Verkürzung durch das Schweißstauchen entsprechende
Überdeckung b, Abb. q., wirklich vorhanden oder durch entsprechende Druckspannung
vorgegeben ist. Bei einem Bruch im Sommer, bei großer Wärme, ist diese Voraussetzung
durch die Wärmeausdehnung der Schiene von selbst erfüllt. Im Winter, wo die Bruchgefahr
der Schiene wegen der auftretenden Zugspannungen noch größer ist, wird an der Bruchstelle
je nach der Kälte eine mehr oder weniger große Klafflücke entstehen, welche beseitigt
werden muß, bevor der Schweißvorgang beginnen kann. Hierzu werden am einfachsten
die Schienen entweder auf einer oder auf beiden Seiten der Bruchstelle mittels irgendwelcher
Heizflammen oder auch elektrisch so weit erwärmt, bis an der Stoßstelle statt der
Klafflücke a die erforderliche Überdeckung b entsteht.
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Die Bewegungsmittel können rein mechanisch, elektromechanisch oder
hydraulisch betätigt werden. Voraussetzung für einwandfreien Arbeitsvorgang ist,
daß die Bewegung des Schienenstrangendes i, das heißt die bewegenden Kräfte, die
Ausbeugekraft P und die Stauchkraft R, in unmittelbarer Nähe der Schweißstelle je
nach Anordnung einzeln oder gemeinsam so ausgeübt oder gesteuert werden können und
unter sich zwangsläufig so abgestimmt sind, daß die Biegelinie des freigelegten
Schienenstrangendes in allen Bewegungszuständen immer einfach und ohne Zwischenausbeugungen
(Abb. 5), welche die Beanspruchung der Schiene unzulässig steigern würden, ist.
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Bei kleineren Ouerschnitten wird man, möglicherweise unter Zwischenschaltung
einer zweiten Übersetzung zur Erreichung des nötigen Stauchdruckes, die Bewegungen
durch Handbetätigung ausführen, während für größere Ouerschnitte außer elektromechanischen
bebesonders hydraulische Einrichtungen wegen der einfachen Erzielung großer Kräfte
vorteilhaft erscheinen.
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Zur Verdeutlichung des Verfahrens sind im Folgenden vorwiegend Lösungen
mit Preßflüssigkeit beschrieben. Indes stellen sie nur ein Beispiel dar; denn ebensogut
wie als hydraulische können die Bewegungsmittel aus an sich bekannten Elementen
als mechanische oder elektrische gestaltet sein, wenn an die Stelle von Zylinder
und Kolben Schrauben- und Zahngetriebe oder Elektromotoren mit Schnecke, Schneckenrad
sowie elektrische Schalter statt der hydraulischen Ventile gesetzt werden.
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Zunächst sei ein Beispiel beschrieben, bei dem beide Bewegungskräfte
(Stauchkraft R und Ausbeugekraft P) durch Preßflüssigkeit erzeugt werden.
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Die Abbildungen 6 bis =o zeigen die Einspannungs- bzw. Führungsvorrichtung
der zu verschweißenden Schienenstrangenden. Abb.6 stellt die Ansicht, Abb. 7 die
Draufsicht, Abb. 8 den Schnitt IX-IX, Abb. g den Schnitt X-X und Abb. =o den Schnitt
XI-XI der Vorrichtung dar. Die ganze Vorrichtung ist zusammen mit dem die Stauchkraft
R erzeugenden Stauchkraftzylinder 6 und den zugehörigen Bewegungsteilen in einem
Steifrahmen 7 vereinigt. Das feststehende Schienenende x wird mittels Handrädern
g über Schraubenräder =o und =i und Gewindespindeln 12 durch die Klemmbacken 13
im Steifrahmen 7 festgespannt. Diese Klemmbacken 13 werden in der Längsrichtung
eingeführt, nachdem der Steifrahmen 7 über das Schienenstrangende i gestülpt ist,
und übernehmen zugleich die Senkrechtführung des Schienenstrangendes i, Abb. =o.
An dem die Bewegung ausführenden anderen Schienenstrangende i werden zunächst zu
beiden Seiten die Führungslaschen 15 angeschraubt. Außer gehärteten Laufflächen
für die waagerechten Führungsrollen 16, Abb. 8, sind an den Laschen 15 seitlich
noch je zwei starre waagerechte Ansätze 17 ausgebildet, zwischen welche die Rollen
18 greifen, wodurch die Bewegung des Druckkolbens =g mittels der um einen festen
Punkt 2o' drehbaren Hebel 2o und Gelenklasche 2i auf das Schienenstrangende i übertragen
wird. Die waagerechten Führungsrollen 16 werden eingeführt, nachdem der Steifrahmen
7 über das Schienenstrangende i gestülpt ist. Sie übernehmen die waagerechte und
senkrechte Führung der Schiene i. Zur Einstellung der Führungsrollen 16 wird eine
der gehärteten Laufschienen 22 in dem Steifrahmen 7 mit Keilanlagefläche ausgebildet
und im Steifrahmen 7 längsverschieblich angeordnet. An den Stellen 23 und 24 können
bei elektrischer Schweißung die Kupferbacken für die Stromzuführung angebracht werden.
Durch eine isolierende Zwischenlage, etwa zwischen den Klemmbacken 13 und der Schiene
2, können die Schienenenden elektrisch getrennt gehalten werden.
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Die Vorrichtung zum Ausbiegen der Schiene gestaltet sich sehr einfach.
Abb. =i zeigt Ansicht, Abb. 12 Draufsicht und Abb. 13 Schnitt XII-XII einer Ausführungsart.
Der Ausbeugekraftzylinder 25 ist in der Mitte des freigelegten Schienenstrangendes
i auf zwei Schwellen gesetzt und festgeschraubt. Die Bewegungen des Kolbens 26 werden
über die Gelenklasche 27 und das Gabelstück 28 auf das SchienenstraDgende i übertragen.
Das Schienenstrangende erhält zweckmäßig eine oder mehrere Unterlagen, da es an
der größten Ausbiegestelle über die Schwellenunterlage hinausbewegt wird. Die verhältnismäßig
geringe Kolbengegenkraft wird
von den Schwellen auf den zweiten
Schienenstrang übertragen und von diesem aufgenommen.
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Der Steuerungsvorgang und Flüssigkeitslauf für die zwangsläufige gemeinsame
Längs- bzw. Stauchbewegung und der Querausbeugung ist in den Abb. 14 bis 16 in zwei
grundsätzlichen Ausführungsarten schematisch dargestellt. Bei jeder Ausführungsart
wird der Flüssigkeitslauf beider Zylinder, des Stauchkraftzylinders.6 und des Ausbeugekraftzylinders
25, durch einen Steuerschieber eingeleitet und mittels von Hand zu betätigenden
Steuerhebels geregelt, und zwar ist die Durchbildung derart, daß jeder Stellung
des Steuerhandhebels eine ganz bestimmte Stellung der bewegten Schiene entspricht.
Die Bewegungsvorgänge der ersten Ausführungsart, Abb. 14, sind folgende: Durch eine
an eine beliebige Druckwasserleitung angeschlossene Leitung 29 tritt das Druckwasser
durch die von dem feststehenden Schiebergehäuse 30 und der in ihm verschiebbaren
Steuerhülse 31 gebildete Kammer 32 und von da in die zwischen dem zweiteiligen Kolben
35 gebildete Kammer 33 der Steuerhülse 31. Wird der Steuerhandhebel 34 und
damit der zweiteilige Steuerkolben 35 in der Pfeilrichtung bewegt, so tritt das
Druckwasser durch die freigegebene vordere Öffnung 36 in eine vordere Kammer 37
des Schiebergehäuses 30. Von hier gelangt es durch die Leitung 38 nach dem Stauchkraftzylinder
6 und weiter durch Leitung 4o nach dem Ausbeugekraftzylinder 25. Die Leitung 38
ist mit der Leitung 4o durch eine Leitung 42 verbunden, die durch ein Rückschlagventi143
in diesem Richtungssinn abgesperrt ist. Die Kolben z9 und 26 bewegen sich nun so
lange in Pfeilrichtung, bis durch den von der Kolbenstange 46 des Stauchkraftzylinders
6 bewegten zweiarmigen Rückführhebel 47 mit festgelegtem Gelenk 47' die mit ihm
verbundene Steuerhülse 31 so weit dem zweiteiligen Steuerkolben 35 nachgeführt ist,
daß ihre vorderen Durchflußöffnungen 36 wieder abgedeckt sind.
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Bei Rückwärtsbewegung des Schienenstrangendes ist der Flüssigkeitsverlauf
sinngemäß umgekehrt; zuerst durch die von der hinteren Kammer 37' des Schiebergehäuses
3o ausgehenden Leitung 53 nach dem Ausbeugekraftzylinder 25 und von da durch Leitung
54 nach dem Stauchkraftzylinder 6. Zwischen den Leitungen 54 und 53 ist ein Rückschlagventil
4eingebaut.
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Durch diese Hintereinanderschaltüng der beiden Zylinder wird bei schneller
Bewegungsfolge an sich schon beim Ausbeugen der Ausbeugekraftzylinder25, beim Strecken
derStauchkraftzylinder 6 bevorzugt mit Druckflüssigkeit beschickt und Zwischenausbeugungen
der Schiene entgegengewirkt.
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Zur sicheren Vermeidung der besonders bei Bewegungsbeginn möglichen
Zwischenausbeugungen können in die Leitungen 4o bzw. 54 noch Drosselschieber 48
und 48' eingebaut werden. Die Wirkungsweise eines solchen in Abb. 15 schematisch
dargestellten Drosselschiebers ist folgende: Die Flüssigkeit strömt durch die Leitungen
4o bzw. 54 vom erstbeschickten Zylinder 6 bzw. 25 zunächst in die Kammern 49 und
50. Erst wenn der Flüssigkeitsdruck so stark angewachsen ist, daß der untere Teil
des zweiteiligen Schieberkolbens 51 gegen die beliebig einstellbare Vorspannungskraft
der Feder 52 nach oben bewegt wird, ist der Durchfluß nach dem folgenden Zylinder
25 bzw. 6 freigegeben.
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Das Schienenstrangende r ist als strichpunktierte Linie angedeutet.
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Die Anlaß- und Regelvorrichtung ist bei der anderen Ausführungsart,
Abb. 16, wie bei der eben beschriebenen. Die Ausführung ist dadurch vereinfacht,
daß der Stauchkraftzylinder 6 wie der Ausbeugekraftzylinder 25 einfachwirkend sind.
Die Flüssigkeitsrückführung aus den beiden Zylindern kann unmittelbar oder, wie
bei Zylinder 25 beispielsweise angedeutet, über ein einstellbares Überdruckventil
57 erfolgen. Durch ein derartiges Ventil wird erreicht, daß die Schiene immer
angespannt ist und so Zwischenausbeugungen sicher vermieden werden. Zur Vermeidung
eines großen Kraftaufwandes im jeweils arbeitenden Zylinder gegen Ende der Bewegungen
werden die Ventile vorteilhaft über eine Feder 58 durch die Kolben mehr und mehr
entlastet und schließlich angehoben. Die Flüssigkeitszuführung zu den Zylindern
wird durch diese Einrichtung nicht gestört.
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Durch besonderen, etwa an der Steuerhülse 31 hinten angeordneten Zylinder
59, der durch Leitung 6o mit dem Zylinderraum vor dem Kolben r9 des Stauchkraftzylinders
6 in Verbindung steht und somit den gleichen Druckverhältnissen unterworfen ist,
wird dem Bedienenden am Steuerhandhebel 34 ein maßgebendes Gefühl des Stauchdruckes
übermittelt.
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Bei dem zweiten in Abb. 17 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Längsbewegung der Schienen auch wieder durch Druckflüssigkeit betätigt.
Demgemäß ist auch die Vorrichtung zum Festspannen bzw. Führen der zu verschweißenden
Schienenenden in Verbindung mit hydraulischem Zylinder und Bewegungsmechanismus
die gleiche wie die vorherbeschriebene.
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Ebenso kann auch der Steuerschieber gleich sein, mit Beschränkung
der Flüssigkeitsleitung auf nur einen doppelwirkenden Zylinder, den Stauchkraftzylinder.
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Das Ausbeugen der Schiene dagegen geschieht diesmal mechanisch durch
nicht unmittelbar gesteuerte Federkraft. Es sind zwei
Federn 61
angeordnet, deren Vorspannkraft über die Gelenkarme 62 auf das Schienenstrangende
i wirkt. Das Gelenksystem ist so ausgebildet, daß die Ausbeugekraft mit zunehmender
Ausbeugung stetig größer wird. Zur unbedingten Vermeidung von Zwischenausbeugungen,
beispielsweise hervorgerufen durch Festsitzen einer Feder, Klemmen in den Führungen
o. dgl., wird das Schienenstrangende i an mehreren Stellen zwangsläufig so bewegt,
daß sie in allen Lagen immer die günstigste Biegelinie zeigt. Im vorliegenden Falle
sind außer dem Gelenksystem in der Mitte des freigelegten Schienenstrangendes i
noch zwei Gelenksysteme je im Abstand I/4 von den Einspannstellen vorgesehen. Die
Gelenkarme 63 sind halb so lang wie die Gelenkarme 62. Die Gelenkpunkte 64 sind
festgelegt, während die Gelenkpunkte 65 durch die Stangen 66 mit den Gelenkpunkten
67 verbunden sind. Dadurch ist erreicht, daß das Schienenstrangende i an den Stellen
68 immer die Hälfte der größten Durchbiegung in Mitte 69 des freigelegten
Schienenstrangendes i aufweist, die Durchbiegungslinie also immer die für_ die Beanspruchung
günstigste wird.
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Eine bauliche Durchbildungsmöglichkeit der Feder- und Gelenkanordnungen
ist in den Abb. 18 bis 23 angedeutet. Abb. 18 zeigt Ansicht, Abb. ig Draufsicht
mit Schnitt und Abb.2o einen Schnitt des mittleren Gelenksystems nach der Linie
XIII-XIII der Abb. ig. Die Abb. 21 bis 23 stellen Ansicht, Draufsicht und einen
Schnitt nach Linie XIV-XIV der Abb. a2 der anderen Gelenksysteme dar.
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Die Federn 70 sind in einem Zylinder 71 untergebracht und stützen
einerseits gegen die Deckel 72, andererseits gegen die Kolben 73. An diesem Kolben
sind die im Punkt 74 zusammen mit dem Hebel 75 nach Abb.2o verbolzten Gelenkarme
76 gelenkig angeschlossen. Der Zylinder 71 hat den Bewegungen der Gelenkarme 76
entsprechende Aussparungen. Aus Festigkeitsrücksichten ist der Zylinder 71 in einem
schmiedeeisernen Kasten 77 gebettet, welcher mittels der Laschen 78 ähnlich dem
hydraulischen Zylinder (Abb. 13) auf den Schwellen befestigt werden kann. Der Anschluß
an die Schiene geschieht mittels des Anschlußstückes 79. Von der Stange 8o
aus erfolgt etwa unter Zwischenschaltung eines Rohres 81 (Abb. 21) die Verbindung
mit den anderen Gelenksystemen. Der Grundkörper ist ein U-förmig gebogenes Schmiedestück
82, an dem der eine Gelenkhebel 83 drehbar befestigt ist, während der andere
Gelenkhebel 84 mittels der Gleitstücke 85 im Schlitz 86 längsverschieblich und zugleich
gelenkig angeordnet ist. Der Gabelhebel 87 stellt die Verbindung des Gelenkhebels
84 mit dem Rohre 81 her. Im Punkte 88 sind die Gelenkarme 83 und 84 wieder zusammen
mit dem Hebel 89 verbolzt und mittels des Anschlußstückes go mit dem Schienenstrangende
verbunden. Das Schmiedestück 82 kann beispielsweise an einen Träger gi angenietet
und in bekannter Weise
auf die Schwellen aufgeschraubt werden.