EP1909992A1 - Verbundstromschiene - Google Patents

Verbundstromschiene

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Publication number
EP1909992A1
EP1909992A1 EP05805916A EP05805916A EP1909992A1 EP 1909992 A1 EP1909992 A1 EP 1909992A1 EP 05805916 A EP05805916 A EP 05805916A EP 05805916 A EP05805916 A EP 05805916A EP 1909992 A1 EP1909992 A1 EP 1909992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
profile
welding
solder joint
composite
composite busbar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05805916A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kempa
Diethelm Woempner
Timo Netzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcan Technology and Management Ltd filed Critical Alcan Technology and Management Ltd
Publication of EP1909992A1 publication Critical patent/EP1909992A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/30—Power rails
    • B60M1/302—Power rails composite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K9/00—Reconditioning railroad accessories, e.g. rails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the present invention relates to a composite busbar, comprising a carrier profile made of a light metal material with a top surface and arranged on the top surface profile band of a harder metal.
  • Busbars also referred to as "Third Rail” or “Third RaN” serve the power supply for rail-bound, electrically operated means of transport, in particular for trains or direct current railways, such as rapid or underground railways, or conveyor systems.
  • the busbars form so-called grinding surfaces, over which a current collector sweeps and thus makes contact with the load, which is usually a drive vehicle.
  • Busbars can be arranged so that they are coated either from above, from the side or from below through the current collector of the rail vehicles.
  • the busbars are usually supported by so-called busbar supports (e.g., retaining clips) or attached to a base structure.
  • busbars are made of a metal material such as steel, iron or brass. Also known are so-called composite busbars with a support or base made of a light metal material, such. Aluminum or an aluminum alloy, and a metal and / or mechanically bonded to the supporting body profile band of a metal material of higher abrasion resistance, such. Steel, which serves as a grinding surface for the current collector. Busbars may have different cross-sectional shapes, wherein the busbars always include a grinding surface, also called a grinding plane or a brushing surface, for the contacting current collector. Cross-sectionally I-shaped busbar profiles are used particularly frequently. I-shaped busbar profiles consist of a rail foot, a rail neck and a rail head with a grinding surface, e.g. in the case of composite busbars, the rail head is covered with a metallic profiled strip with a higher abrasion resistance extending along the longitudinal axis of the profile. The latter forms the grinding surface for the contacting pantograph.
  • Composite busbars have significant advantages over conventional steel profiles.
  • the aluminum support body has a higher conductivity compared to steel.
  • the Textilmetalltragisson is also of less weight. So composite busbars are superior in terms of ease of installation compared to conventional steel profiles.
  • the profile band of harder metal, such as steel, also ensures a high abrasion resistance. Due to increased performance of the drive vehicles as well as additional power requirements for railway electronics and air conditioning, higher demands will be placed on the transmission capacities of the busbars in the future.
  • Electric trains such as subways or suburban railways, are operated or planned with continuous current intensities of up to 6,000 A. Therefore, in future the requirements for the conductivity or transmission capacity of the busbars will increase.
  • Known composite busbars of a first embodiment are produced in the extrusion process, wherein the profile strip is metallically connected during extrusion with the support body.
  • the production of composite busbars described above is described in detail in EP 677 338 B1, for example.
  • Composite busbars of a second embodiment rely on a mechanical connection between carrier profile or profiled strip.
  • composite busbars are known in which the profile band is connected via a positive connection with the carrier profile.
  • combinations between a metallic compound and a positive connection are known as well, e.g. also the EP 677 338 B1 can be found.
  • Composite profiles of the first embodiment are of high quality, but relatively expensive to manufacture.
  • the busbar has to be completely manufactured at the place of production and then exported to the countries where the customers are located.
  • Composite busbars of the second embodiment as individual components, for. B. manufactured as a support body and profiled strip, introduced into the appropriate country and there more or less final assembled on site. This leads to a cheapening of the manufacturing process, especially if the labor costs in the destination country are lower than in the country of production or the final production in the destination country is promoted by means of financial incentives in relation to an import of the finished product.
  • busbars of the second embodiment also have disadvantages. Positive locking connections between the carrier profile and profile strip require certain forming steps on the profile strip. Such forming steps are extremely costly in profile strips of the usual thickness of several millimeters and high hardness and should be avoided if possible.
  • busbars have proven their profile bands are fixed by this laterally penetrating screws or plug-in organs on the current-carrying carrier profile. Furthermore, good contact between the profiled strip and the carrier profile must be ensured even with form-fitting connections. In particular, the profile band should not tend to corrugations on the carrier profile, since thereby the current decrease is adversely affected. With knowledge of the state of the art, the inventor has set the goal of further developing and improving the connection between the carrier profile and the profile band in terms of a particularly economical manner of manufacturing the busbar.
  • the object is achieved in that the profile band is connected to the carrier profile 5 via at least one welding solder joint, wherein the carrier profile toward a welding and the profile band towards a solder joint is formed. This means that the profile band is not melted in the connection area.
  • the carrier profile is preferably a light metal extruded profile.
  • the carrier profile is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the 10 may be, for example, an AI99.5 (AA 1350) or an aluminum alloy of the alloy family AA 6XXX (AIMgSi), AA 5XXX or AA7XXX.
  • the meaning of X in the alloy family is a number from 0 to 9.
  • the corresponding alloys can be found in the registers for aluminum alloys.
  • the aluminum alloy may be AIMgSiO, 5 (AA 6060, AA 6106), E-AIMgSiO, 5 (AA 6101 B), AIMgO, 5Si (AA
  • the profile band is preferably made of a ferrous metal, in particular of a steel, such as stainless steel.
  • the profile strip is preferably present as a strip-shaped rolled product.
  • the profile bands have e.g. a thickness of 1 to 10 mm, in particular from 2 to 8 mm.
  • the profile band, or the output profile band preferably contains a zinc coating, at least in the region 20 of the welded solder connection, or of the welding solder connection to be formed.
  • the zinc coating is thus arranged on the outwardly facing side of the profile profile adjacent the carrier strip.
  • the profile band can be provided over the entire surface or only in the area of the welded solder joint with a zinc coating.
  • the zinc coating may be pure zinc or a zinc alloy.
  • the zinc coating can be galvanizing, such as hot-dip galvanizing or electrolytic galvanizing. Other galvanizing techniques, such as However, mechanical zinc plating should not be excluded by this list.
  • the zinc coating may e.g. 1 to 100 .mu.m, in particular 5 to 20 microns. Particularly preferred profile strips made of galvanized steel are used.
  • flux can also be used to produce the welded solder joint.
  • the fluxes also serve to wetting the profile band.
  • the profile strip preferably extends transversely across the carrier head and is laterally over in each case one in the longitudinal direction extending seam in the execution of a Welding solder joints connected to the carrier profile.
  • the profile band can only be connected on one side to the carrier profile via a welded solder connection and hooked on the other side, for example, in the carrier profile or otherwise connected.
  • the profiled strip is preferably connected to the carrier profile by means of two weld-solder connection seams extending laterally and parallel to each other.
  • the weld-solder seams may be continuous or in sections.
  • the connecting seam or seams preferably run outside the area touched by the current collector.
  • the profile band can also be connected to the carrier profile via more than two welded solder joints.
  • the profile band can also consist of two or more, z. B. be welded together Operafilbändem.
  • the carrier profile can be designed according to any and the system-related requirements.
  • the carrier profile also called a rail body, is cross-sectionally I-shaped and consists of a rail foot, a rail neck and a rail head which includes a head surface for receiving the grinding surface.
  • the profiled strip is bonded to the carrier profile in a thermal joining process, in particular a melt welding process with a reduced heat input compared with a conventional, similar melt welding process, to form a welded solder joint.
  • the above-mentioned fusion welding method by which the welding solder joint is produced is preferably a blasting method such as an arc or laser beam welding method.
  • the welding process may also be a combination of a laser beam and arc welding process.
  • the welding method is particularly preferably a modified MSG (metal inert gas welding) method, in particular a modified MIG (metal inert gas welding) or MAG (metal active gas) method, thanks to which the heat input can be kept very low.
  • the modified fusion welding process is particularly preferably a MSG arc process, in particular a MSG short arc process, in which an additional material is melted together with the aluminum base material, wherein the melt wets the galvanized steel material.
  • the welding solder joint can also be produced by means of a modified laser welding method (eg CO 2 laser).
  • the connection area When making the welding solder joint, the aluminum is completely melted in the welding area. In this case, the connection area must be sufficiently heated so that the liquid aluminum is able to wet the galvanized steel. In this way, a solder joint is formed on the steel side, while on the aluminum side, a welded joint is formed. If the temperature does not reach the melting point of the aluminum, no wetting of the galvanized steel takes place and the formation of a metallic compound does not take place. On the other hand, the temperature must not reach the melting point of the steel, otherwise there is a dramatic embrittlement of the joint seam.
  • a filler material can be used.
  • aluminum alloys can be used.
  • Preferred aluminum alloys are Al-Si or Al-Mg-Si alloys having a silicon content of e.g. 5 to 12%. Further, the aluminum alloy may also include Mg, e.g. in a content of 4 to 5%.
  • the profile band can be connected by a pure fabric connection according to the invention with the rail body.
  • the profile band can also be connected by a combination of material connection and positive connection with the rail body.
  • a positive connection is determined by the shape of the parts. Their cooperation content is achieved by interlocking or overlapping part contours with or without additional form elements.
  • the profile band may be flat, i. it has no bending sections, and along its lateral longitudinal edges with the carrier profile form a weld-solder joint. However, the profile band can also form bending sections and form over this with the carrier profile an additional form-fitting connection.
  • the profile band can be bent in particular along its two lateral longitudinal edges towards the rail foot and thus overlap the head surface.
  • the profile band can also be hooked to the rail foot directed lateral bending sections, so-called profile legs, one or both sides in a recess in the carrier profile.
  • the seams may be formed as overlap seams, as fillet welds, butt welds or as V-seams.
  • the profiled strip is preferably fed continuously to the carrier profile and connected thereto in a likewise continuous, modified melt-welding process.
  • the profile band can z. B. unwound from a coil and fed to the carrier profile. If the carrier profile is connected to the carrier profile via two or more welded solder joints, then the welded solder joints can be executed simultaneously and parallel to one another.
  • the profiled strip can be connected to the latter immediately after the extrusion of the carrier profile with the formation of a welded soldered connection.
  • the connection between profile band and carrier profile can also be performed separately from the manufacturing process of the carrier profile. That the production of the carrier profile and the attachment of the profile strip can be carried out at different locations.
  • the busbar according to the invention and the associated production method have the advantage that the profiled strip is connected directly to the carrier profile by means of a modified fusion welding method to form a permanent material connection.
  • This allows a cost-effective and efficient production of composite busbars at the same time high design freedom of the composite busbar or the profile strip.
  • the modified fusion welding process is easy to handle and can be integrated into existing production processes without excessive additional investment.
  • the inventive method also allows the separate production of carrier profile and composite busbar.
  • the inventive composite busbar is used for electrically operated tracks, crane and conveyor systems, but especially for DC railways, eg subways, highways and maglev trains.
  • FIGS. 1 and 2 show two embodiments of a composite busbar according to the invention in cross section.
  • the profiled strip 3 has two lateral bending sections or profile limbs 8a, 8b directed towards the rail foot 5, which are inserted into the rail body 2.
  • the profile strip 3 15 is connected via a fabric connection with the rail body 2.
  • the fabric connection consists of two laterally arranged welding solder joints 7a, 7b according to the invention. The welding solder joints run parallel in profile longitudinal direction.
  • the profile strip 13 has two lateral bending sections 18a, 18b.
  • a first, U-shaped bent portion 18 a is inserted into a groove-shaped recess in the rail head 14 and hooked into this.
  • a second, step-shaped bending section 18b is located on a likewise step-shaped shoulder laterally on the rail head 14.
  • the profiled strip 13 is connected to the rail body via two longitudinal weld soldering connections 17a, 17b
  • the welding solder joints 17a, 17b extend laterally in the region of the bending sections 18a, 18b parallel in the profile longitudinal direction.
  • This embodiment is characterized in that the profile strip 13 can be relatively easily mounted on the rail body 12 by the profile strip 13 hooked into the recess on the rail body 12, placed over the rail body 12, and then on both sides with the slide
  • 35 neneffort 12 is welded in the longitudinal direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundstromschiene (1) enthaltend ein Trägerprofil (2) aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer Kopffläche sowie ein auf der Kopffläche angeordnetes Profilband (3) aus einem härteren Metall. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Profilband (3) mit dem Trägerprofil (2) über wenigstens eine Schweiss-Lötverbindung (7a, 7b) verbunden ist, wobei zum Trägerprofil (2) hin eine Schweiss- und zum Profilband (3) hin eine Lötverbindung ausgebildet ist.

Description

Verbundstromschiene
Vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundstromschiene, enthaltend ein Trägerprofil aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer Kopffläche sowie ein auf der Kopffläche angeordnetes Profilband aus einem härteren Metall. Stromschienen, auch als "Dritte Schiene" oder "Third RaN" bezeichnet, dienen der Energiezufuhr für schienengebundene, elektrisch betriebene Transportmittel, insbesondere für Bahnen bzw. Gleichstrombahnen, wie Schnell- oder Untergrundbahnen, oder Förderanlagen. Die Stromschienen bilden sogenannte Schleifflächen aus, über welche ein Stromabnehmer streicht und so den Kontakt zum Verbraucher, welches in der Regel ein Antriebs- fahrzeug ist, herstellt. Stromschienen können derart angeordnet sein, dass diese entweder von oben, von der Seite oder von unten durch den Stromabnehmer der Schienenfahrzeuge bestrichen werden. Die Stromschienen werden üblicherweise von sogenannten Stromschienenträgern (z.B. Halteklammern) getragen bzw. an einer Grundstruktur befestigt.
Herkömmliche Stromschienen bestehen aus einem Metallwerkstoff wie beispielsweise Stahl, Eisen oder Messing. Bekannt sind auch sogenannte Verbundstromschienen mit einem Trag- oder Grundkörper aus einem Leichtmetallwerkstoff, wie z.B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und einem mit dem Tragkörper metallisch und/oder mechanisch verbundenen Profilband aus einem Metallwerkstoff höherer Abriebfestigkeit, wie z.B. Stahl, welches als Schleiffläche für den Stromabnehmer dient. Stromschienen können unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, wobei die Stromschienen jeweils immer eine Schleiffläche, auch Schleifebene oder Streichfläche genannt, für den berührenden Stromabnehmer beinhalten. Besonders häufig gelangen querschnittlich I-förmige Stromschienenprofile zum Einsatz. I-förmige Stromschienenprofile bestehen aus einem Schienenfuss, einem Schienenhals und einem Schienenkopf mit einer Schleiffläche, wobei z.B. bei Verbundstromschienen der Schienenkopf mit einem entlang der Profillängsachse verlaufenden, metallischen Profilband mit höherer Abriebfestigkeit abgedeckt ist. Letzeres bildet die Schleiffläche für den berührenden Stromabnehmer aus.
Verbundstromschienen weisen gegenüber herkömmlichen Stahlprofilen wesentliche Vorteile auf. So weist der Aluminium-Tragkörper eine gegenüber Stahl höhere Leitfähigkeit auf. Der Leichtmetalltragkörper ist zudem von geringerem Gewicht. So sind denn auch Verbundstromschienen hinsichtlich ihrer Montagefreundlichkeit gegenüber herkömmlichen Stahlprofilen überlegen. Das Profilband aus härterem Metall, wie Stahl, sorgt zudem für eine hohe Abriebfestigkeit. Bedingt durch Leistungssteigerungen der Antriebsfahrzeuge sowie durch zusätzlichen Strombedarf für Bahnelektronik und Klimatisierung werden zukünftig immer höhere Anforderungen an die Übertragungskapazitäten der Stromschienen gestellt. So werden heute elektrischen Bahnen, wie U-Bahnen oder S-Bahnen, mit Dauerstromstärken von bis 6000 A betrieben bzw. geplant. Daher steigen zukünftig die Anforderungen an die Leitfähigkeit bzw. Übertragungskapazität der Stromschienen.
Bekannte Verbundstromschienen einer ersten Ausführungsart werden im Strangpressverfahren hergestellt, wobei das Profilband während des Strangpressens mit dem Tragkörper metallisch verbunden wird. Die Herstellung vorstehend beschriebener Verbundstromschie- nen ist beispielsweise in der EP 677 338 B1 ausführlich beschrieben.
Verbundstromschienen einer zweiten Ausführungsart setzen auf eine mechanische Verbindung zwischen Trägerprofil oder Profilband. So sind beispielsweise Verbundstromschienen bekannt, bei welchen das Profilband über eine Formschlussverbindung mit dem Trägerprofil verbunden ist. Ferner sind auch Kombinationen zwischen einer metallischen Verbindung und einer Formschlussverbindung bekannt wie dies z.B. auch der EP 677 338 B1 zu entnehmen ist.
Verbundprofile der ersten Ausführungsart sind von hoher Qualität, jedoch verhältnismässig teuer in ihrer Herstellung. Dies liegt unter anderem daran, dass die Stromschiene am Produktionsort komplett hergestellt und dann in die entsprechenden Länder, wo die Abnehmer sind, exportiert werden müssen. Verbundstromschienen der zweiten Ausführungsart können hingegen als Einzelkomponenten, z. B. als Tragkörper und Profilband hergestellt, in das entsprechende Land eingeführt und dort mehr oder weniger vor Ort endmontiert werden. Dies führt zu einer Verbilligung des Herstellungsprozesses, insbesondere wenn die Lohnkosten im Zielland tiefer sind als im Produktionsland oder die Endfertigung im Zielland über finanzielle Anreize gegenüber einem Import des fertigen Produktes gefördert wird.
Bekannte Verbundstromschienen der zweiten Ausführungsart weisen jedoch auch Nachteile auf. Formschlussverbindungen zwischen Trägerprofil und Profilband setzen gewisse Umformschritte am Profilband voraus. Solche Umformschritte sind bei Profilbändern der üblichen Dicke von mehreren Millimetern und hoher Härte äusserst aufwändig und sollten wenn möglich vermieden werden. Als nachteilig haben sich auch Stromschienen erwiesen, deren Profilbänder durch diese seitlich durchsetzende Schrauben oder Steckorgane am stromführenden Trägerprofil befestigt werden. Ferner muss auch bei Formschlussverbindungen ein guter Kontakt zwischen Profilband und Trägerprofil gewährleistet sein. Das Profilband soll insbesondere nicht zu Wellenbildungen auf dem Trägerprofil neigen, da dadurch die Stromabnahme nachteilig beeinflusst wird. In Kenntnis des Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die Verbindung zwischen Trägerprofil und Profilband unter dem Aspekt einer besonders wirtschaftlichen Hersteilungsweise der Stromschiene weiterzuentwickeln und zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Profilband mit dem Träger- 5 profil über wenigstens eine Schweiss-Lötverbindung verbunden ist, wobei zum Trägerprofil hin eine Schweiss- und zum Profilband hin eine Lötverbindung ausgebildet wird. Das heisst, das Profilband wird im Verbindungsbereich nicht geschmolzen.
Das Trägerprofil ist bevorzugt ein Leichtmetall-Strangpressprofil. Das Trägerprofil ist bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Grundkörper aus Aluminium
10 kann beispielsweise ein AI99.5 (AA 1350) oder eine Aluminiumlegierung der Legierungsfamilie AA 6XXX (AIMgSi), AA 5XXX oder AA7XXX sein. Die Bedeutung von X in der Legierungsfamilie ist eine Zahl von 0 bis 9. Die entsprechenden Legierungen können den Registern für Aluminiumlegierungen entnommen werden. Die Aluminiumlegierung kann insbesondere ein AIMgSiO,5 (AA 6060, AA 6106), E-AIMgSiO,5 (AA 6101 B), AIMgO,5Si (AA
15 6063), eine AA 6008 Legierung oder ein AI99,75MgSi (AA 6101) sein.
Das Profilband ist bevorzugt aus einem Eisenmetall, insbesondere aus einem Stahl, wie Edelstahl. Das Profilband liegt bevorzugt als bandförmiges Walzprodukt vor. Die Profilbänder weisen z.B. eine Dicke von 1 bis 10 mm, insbesondere von 2 bis 8 mm auf.
Das Profilband, bzw. das Ausgangs-Profilband, enthält bevorzugt wenigstens im Bereich 20 der Schweiss-Lötverbindung, bzw. der auszubildenden Schweiss-Lötverbindung, eine Zinkbeschichtung. Die Zinkbeschichtung ist also auf der nach aussen weisenden Seite des dem Trägerprofil anliegenden Profilbandes angeordnet. Das Profilband kann vollflächig oder lediglich im Bereich der Schweiss-Lötverbindung mit einer Zinkbeschichtung versehen sein. Die Zinkbeschichtung kann aus reinem Zink oder einer Zinklegierung sein. Die Zink- 25 beschichtung kann eine Verzinkung, wie Feuerverzinkung (Schmelztauchverzinkung) oder eine galvanische Verzinkung (elektrolytische Verzinkung) sein. Andere Verzinkungstechni- ken, wie z.B. mechanische Verzinkung sollen durch diese Aufzählung jedoch nicht ausgeschlossen sein. Die Zinkbeschichtung kann z.B. 1 bis 100 μm, insbesondere 5 bis 20 μm betragen. Besonders bevorzugt werden Profilbänder aus verzinktem Stahl verwendet.
30 Anstelle einer Zinkbeschichtung können jedoch auch Flussmittel zur Herstellung der Schweiss-Lötverbindung eingesetzt werden. Die Flussmittel dienen ebenfalls der Benetzung des Profilbandes.
Das Profilband erstreckt sich bevorzugt quer über den Trägerkopf und ist seitlich über jeweils eine in Profillängsrichtung verlaufende Verbindungsnaht in der Ausführung einer Schweiss-Lötverbindungen mit dem Trägerprofil verbunden. Das Profilband kann lediglich auf einer Seite mit dem Trägerprofil über eine Schweiss-Lötverbindung verbunden sein und auf der anderen Seite z.B. in das Trägerprofil eingehakt oder andersweitig verbunden sein. Das Profilband ist jedoch bevorzugt mit zwei seitlich und parallel zueinander verlau- fenden Schweiss-Löt-Verbindungsnähten mit dem Trägerprofil verbunden. Die Schweiss- Löt-Verbindungsnähte können durchgängig oder abschnittsweise sein. Die Verbindungsnaht oder -nähte verlaufen dabei vorzugsweise ausserhalb der vom Stromabnehmer berührten Streichfläche. Das Profilband kann auch über mehr als zwei Schweiss- Lötverbindungen mit dem Trägerprofil verbunden sein. Ferner kann das Profilband auch aus zwei oder mehreren, z. B. miteinander verschweissten Teilprofilbändem zusammengesetzt sein.
Die Querschnittsform des Trägerprofil kann beliebig und den systembedingten Anforderungen entsprechend ausgestaltet sein. Das Trägerprofil, auch Schienenkörper genannt, ist in bevorzugter Ausführung querschnittlich I-förmig und besteht aus einem Schienen- fuss, einem Schienenhals und einem eine Kopffläche zur Aufnahme der Schleiffläche beinhaltenden Schienenkopf.
Das Profilband wird in einem thermischen Fügeverfahren, insbesondere einem Schmelz- schweissverfahren mit einem gegenüber einem herkömmlichen, gleichartigen Schmelz- schweissverfahren reduzierten Wärmeeintrag, unter Ausbildung einer Schweiss- Lötverbindung mit dem Trägerprofil verbunden.
Konventionelle Schweissverfahren sind in der Regel wärmeintensiv. Das thermische Fügen von Aluminium mit Stahl mittels eines konventionellen Schweissverfahrens führt aufgrund der begrenzten Löslichkeit von Aluminium und Stahl ineinander zu intermetallischen Phasen, welche sich durch eine hohe Härte und eine geringe Duktilität bei Raumtemperatur auszeichnen. Diese intermetallischen Zonen sind daher sehr spröde und verschlechtern die mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung. Je grösser der Wärmeeintrag, desto dicker diese intermetallischen Phasen sind. Daher sollte im thermische Verfahren zum Fügen von Stahl mit Aluminium möglichst wenig Wärme eingebracht werden, so dass die Ausbildung intermetallischer Phasen gering gehalten werden kann. Dies wird durch den Einsatz eines modifizierten Schmelzschweissverfahrens erzielt. Dieses zeichnet sich durch einen vergleichsweise geringen Wärmeeintrag aus, so dass sich nur dünne intermetallische Phasen an der Fügestelle ausbilden, welche z.B. eine Dicke von weniger als 10 μm aufweisen. Um mittels eines solchen modifizierten Schmelzschweissverfahrens mit reduziertem Wärmeeintrag eine Verbindung zwischen Stahl und Aluminium zu ermöglichen, muss jedoch eine gute Benetzbarkeit des Stahls gewährleistet sein. Diese wird durch den Einsatz von Flussmitteln oder durch vorangehende Beschichtung der Stahloberfläche mit Zink oder einer Zinklegierung erreicht. Das Zink weist die Wirkung eines Flussmittels auf, wodurch auf Letzteres verzichtet werden kann. Die Zinkbeschichtung übt jedoch auch einen Einfluss auf das Wachstum der intermetallischen Phasen aus. Das oben genannte Schmelzschweiss-Verfahren, mittels welchem die Schweiss- Lötverbindung hergestellt wird, ist bevorzugt ein Strahlverfahren, wie z.B. ein Lichtbogenoder Laserstrahlschweissverfahren. Das Schweissverfahren kann auch eine Kombination eines Laserstrahl- und Lichtbogenschweissverfahrens sein. Das Schweissverfahren ist besonders bevorzugt ein modifiziertes MSG-(MetaIIschutzgasschweiss)-Verfahren, insbeson- dere ein modifiziertes MIG-(Metallinertgasschweiss)- oder MAG-(Metall Aktiv Gas)-Verfah- ren, dank welchem der Wärmeeintrag sehr gering gehalten werden kann. Das modifizierte Schmelzschweiss-verfahren ist besonders bevorzugt ein MSG-Lichtbogenprozess, insbesondere ein MSG-Kurzlichtbogenprozess, bei welchem ein Zusatzwerkstoff zusammen mit dem Aluminiumgrundwerkstoff aufgeschmolzen wird, wobei die Schmelze den verzinkten Stahlwerkstoff benetzt. Die Schweiss-Lötverbindung kann jedoch auch, wie oben erwähnt, mittels eines modifizierten Laserschweissverfahrens (z.B. CO2-Laser) hergestellt werden.
Beim Herstellen der Schweiss-Lötverbindung wird das Aluminium im Schweissbereich vollständig aufgeschmolzen. Dabei muss der Verbindungsbereich genügend erwärmt werden, damit das flüssige Aluminium den verzinkten Stahl zu benetzen vermag. Auf diese Weise wird stahlseitig eine Lötverbindung ausgebildet, während aluminiumseitig eine Schweiss- verbindung entsteht. Erreicht die Temperatur nicht den Schmelzpunkt des Aluminiums, so findet keine Benetzung des verzinkten Stahls statt und die Ausbildung einer metallischen Verbindung findet nicht statt. Andererseits darf die Temperatur auch nicht den Schmelzpunkt des Stahls erreichen, da ansonsten eine dramatische Versprödung der Verbin- dungsnaht stattfindet.
Zur Herstellung der Schweiss-Lötverbindung kann ein Zusatzwerkstoff verwendet werden. Als Zusatzwerkstoff können Aluminiumlegierungen eingesetzt werden. Bevorzugte Aluminiumlegierungen sind Al-Si- bzw. Al-Mg-Si-Legierungen mit einem Siliziumgehalt von z.B. 5 bis 12%. Ferner können die Aluminiumlegierung auch Mg, z.B. in einem Gehalt von 4 bis 5%, enthalten.
Das Profilband kann durch eine reine Stoffschlussverbindung gemäss Erfindung mit dem Schienenkörper verbunden sein. Das Profilband kann jedoch auch durch eine Kombination von Stoffschluss- und Formschlussverbindung mit dem Schienenkörper verbunden sein. Eine Formschlussverbindung wird durch die Formgebung der Teile bestimmt. Ihr Zusam- menhalt erfolgt durch ein Ineinandergreifen oder Übergreifen von Teilekonturen mit oder ohne zusätzlichen Formelementen.
Das Profilband kann eben sein, d.h. es weist keine Biegeabschnitte auf, und entlang seinen seitlichen Längskanten mit dem Trägerprofil eine Schweiss-Lötverbindungsnaht aus- bilden. Das Profilband kann jedoch auch Biegeabschnitte ausbilden und über diese mit dem Trägerprofil eine zusätzliche Formschlussverbindung ausbilden. Das Profilband kann insbesondere entlang seiner beiden seitlichen Längskanten zum Schienenfuss hin gebogen sein und so die Kopffläche übergreifen. Das Profilband kann auch mit zum Schienenfuss gerichteten seitlichen Biegeabschnitten, sogenannten Profilschenkeln, ein oder beid- seitig in eine Ausnehmung imTrägerprofil eingehakt sein sein.
Die Verbindungsnähte können als Überlappungsnähte, als Kehlnähte, Stossnähte oder als V-Nähte ausgebildet sein.
Zur Herstellung der Verbundstromschiene wird das Profilband bevorzugt kontinuierlich dem Trägerprofil zugeführt und in einem ebenfalls kontinuierlichen, modifizierten Schmelz- schweissverfahren mit diesem verbunden. Das Profilband kann z. B. von einem Coil abgewickelt und dem Trägerprofil zugeführt werden. Wird das Trägerprofil über zwei oder mehrere Schweiss-Lötverbindungen mit dem Trägerprofil verbunden, so können die Schweiss- Lötverbindungen gleichzeitig und parallel zueinander ausgeführt werden.
Das Profilband kann unmittelbar nach dem Strangpressen des Trägerprofils unter Ausbil- düng einer Schweiss-Lötverbindung mit Letzterem verbunden werden. Die Verbindung zwischen Profilband und Trägerprofil kann jedoch auch getrennt vom Herstellungsprozess des Trägerprofils ausgeführt werden. D.h. die Herstellung des Trägerprofils und das Anbringen des Profilbandes können an unterschiedlichen Orten ausgeführt werden.
Die erfindungsgemässe Stromschiene und das dazugehörige Herstellungsverfahren wei- sen den Vorteil auf, dass das Profilband mittels eines modifizierten Schmelzschweissver- fahrens unter Ausbildung einer dauerhaften Stoffschlussverbindung direkt mit dem Trägerprofil verbunden wird. Dies ermöglicht eine kostengünstige und effiziente Herstellung von Verbundstromschienen bei gleichzeitig hoher Gestaltungsfreiheit der Verbundstromschiene bzw. des Profilbandes. Das modifizierte Schmelzschweissverfahren ist gut handhabbar und kann ohne übermässigen Zusatzinvestitionen in bestehende Produktionsprozesse integriert werden. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt zudem die getrennte Herstellung von Trägerprofil und Verbundstromschiene. Die erfindungsgemässe Verbundstromschiene findet Verwendung für elektrisch betriebene Bahnen, Kran- und Förderanlagen, insbesondere jedoch für Gleichstrombahnen, z.B. Untergrundbahnen, Schnellbahnen und Magnetschwebebahnen.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren 1 5 und 2 näher erläutert. Figur 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen einer erfindungsge- mässen Verbundstromschiene im Querschnitt.
Die Verbundstromschiene 1 gemäss einer ersten Ausführungsform (Fig. 1) enthält einen im Strangpressverfahren gefertigten Schienenkörper 2 (= Trägerprofil) aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung mit einem Schienenkopf 4, einem Schienenfuss 5 sowie einem 10 den Schienenkopf 4 mit dem Schienenfuss 5 verbindenden Schienenhals 6 und ein auf den Schienenkopf 4 aufgebrachtes Profilband 3 aus Stahl, welches die Streichfläche 10 ausbildet.
Das Profilband 3 weist zwei seitliche, zum Schienenfuss 5 gerichtete Biegeabschnitte bzw. Profilschenkel 8a, 8b auf, welche in den Schienenkörper 2 gesteckt sind. Das Profilband 3 15 ist über eine Stoffschlussverbindung mit dem Schienenkörper 2 verbunden. Die Stoffschlussverbindung besteht aus zwei seitlich angeordneten Schweiss-Lötverbindungen 7a, 7b gemäss Erfindung. Die Schweiss-Lötverbindungen verlaufen parallel in Profillängsrichtung.
Die Verbundstromschiene 11 gemäss einer zweiten Ausführungsform (Fig. 2) enthält einen 20 im Strangpressverfahren gefertigten Schienenkörper 12 (= Trägerprofil) aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung mit einem Schienenkopf 14, einem Schienenfuss 15 sowie einem den Schienenkopf 14 mit dem Schienenfuss 15 verbindenden Schienenhals 16 und ein auf den Schienenkopf 14 aufgebrachtes Profilband 13 aus Stahl, welches die Streichfläche 20 ausbildet.
25 Das Profilband 13 weist zwei seitliche Biegeabschnitte 18a, 18b auf. Ein erster, U-förmig ausgebildeter Biegeabschnitt 18a ist in eine nutförmige Ausnehmung im Schienenkopf 14 eingeführt bzw. in diese eingehakt. Ein zweiter, stufenförmiger Biegeabschnitt 18b liegt einem ebenfalls stufenförmigen Absatz seitlich am Schienenkopf 14 auf. Das Profilband 13 ist über zwei längslaufende Schweisslöt- Verbindungen 17a, 17b mit dem Schienenkörper
30 12 verbunden. Die Schweiss-Lötverbindungen 17a, 17b verlaufen seitlich im Bereich der Biegeabschnitte 18a, 18b parallel in Profillängsrichtung. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich das Profilband 13 relativ einfach auf den Schienenkörper 12 montieren lässt, indem das Profilband 13 in die Ausnehmung am Schienenkörper 12 eingehakt, über den Schienenkörper 12 gelegt, und anschliessend beidseitig mit dem Schie-
35 nenkörper 12 in Längsrichtung verschweisst wird.

Claims

Ansprüche
1. Verbundstromschiene (1) enthaltend ein Trägerprofil (2) aus einem Leichtmetallwerkstoff mit einer Kopffläche sowie ein auf der Kopffläche angeordnetes Profilband (3) aus einem härteren Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilband (3) mit dem Trägerprofil (2) über wenigstens eine Schweiss- Lötverbindung (7a, 7b) verbunden ist, wobei zum Trägerprofil (2) hin eine Schweiss- und zum Profilband (3) hin eine Lötverbindung ausgebildet ist.
2. Verbundstromschiene nach Anspruch 1 , wobei das Trägerprofil (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist.
3. Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Trägerprofil (2) ein Leichtmetall-Strangpressprofil ist.
4. Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Profilband (3) aus einem Eisenmetall, vorzugsweise aus Stahl, ist.
5. Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Profilband (3) wenigstens im Bereich der Schweiss-Lötverbindung (7a, 7b) eine Zinkbeschichtung aufweist.
6. Verbundstromschiene nach Anspruch 5, wobei das Profilband (3) wenigstens im Bereich der Schweiss-Lötverbindung (7a, 7b) verzinkt, vorzugsweise feuerverzinkt oder galvanisch verzinkt ist.
7. Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Profilband (3) aus einem verzinkten Stahlwerkstoff ist, insbesondere aus einem verzinkten, bandförmigen Walzprodukt ist.
8. Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Profilband (3) über wenigstens eine, vorzugsweise zwei seitliche, in Profillängsrichtung verlaufenden
Verbindungsnähte (7a, 7b) in der Ausführung von Schweiss-Lötverbindungen mit dem Trägerprofil (2) verbunden ist.
9. Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verbundstromschiene (2) eine Stromschiene für schienengebundene, elektrisch betriebene Trans- portmittel, insbesondere für elektrische Bahnen ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Verbundstromschiene (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilband (3) mittels eines Schmelzschweissverfahrens unter Ausbildung einer Schweiss-Lötverbindung mit dem Trägerprofil (2) stoffschlüssig verbunden wird, wobei zum Trägerprofil (2) hin eine Schweiss- und zum Profilband (3) hin eine Lötverbindung ausgebildet wird.
11. Verfahren zur Herstellung einer Verbundstromschiene nach Anspruch 10, wobei die Schweiss-Lötverbindung mittels eines modifiziertes MIG-Lichtbogen-Schweiss- verfahren hergestellt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Verbundstromschiene nach einem der Ansprüche 10 bis 11 , wobei das Ausgangs-Profilband wenigstens im Bereich der auszubildenden Schweiss-Lötverbindung eine Zinkbeschichtung aufweist.
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