WO2006063651A1 - Electric welding of rails using intermediate storage systems - Google Patents

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WO2006063651A1
WO2006063651A1 PCT/EP2005/012317 EP2005012317W WO2006063651A1 WO 2006063651 A1 WO2006063651 A1 WO 2006063651A1 EP 2005012317 W EP2005012317 W EP 2005012317W WO 2006063651 A1 WO2006063651 A1 WO 2006063651A1
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Manfred Ottow
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Few Blankenburg Gmbh
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Abstract

The invention relates to an electric welding method for welding two rail ends (3, 4) together by applying an electric potential between the two rail ends using flash-butt welding. This method is especially useful for rail lines where individual track pieces are joined to a continuous track. The aim of the invention is to reduce the mobile equipment of the support vehicle. For this purpose, the electric power required for welding is taken from a suitable intermediate storage system (2). A generator, especially a power generator (1), is exclusively used to charge the intermediate storage system with electric power and is directly used for welding. The intermediate storage system is a physical storage system and/or chemical accumulators. The physical storage systems are especially high-capacity capacitors and flywheel storage systems.

Description

Elektrisches Schienenschweißen über ZwischenspeicherElectric rail welding via temporary storage
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden durch Anlegen einer elektrischen Potentials zwischen den beiden Schienenenden mit Hilfe des Abbrennstumpfschweißens. Dieses Verfahren wird insbesondere bei Schienenbahnen verwendet, bei denen einzelne Schienenstücke zu einem lückenlosen Gleis zusammengefügt werden. Es ist bekannt, dass zur Herstellung eines lückenlosen Gleises Thermitschweißen oder Abbrennstumpfschweißen verwendet wird.The invention relates to a method for the electrical welding of two rail ends by applying an electrical potential between the two rail ends by means of flash butt welding. This method is used in particular in railways, in which individual rail pieces are joined together to form a gapless track. It is known that thermite welding or flash butt welding is used to produce a gapless track.
Thermitschweißen oder auch aluminothermisches Schweißen benutzt zur Reduktion des Eisens der Schiene einen chemischen Prozess. Die Schweißportion, die aus verschiedenen chemischen Komponenten besteht, befindet sich in einer feuerfesten Form mit einer Ausnehmung für die zu verschweißenden Schienenenden. Die Wärmequelle des Schweißvorganges ist die Verbrennungswärme des Aluminiums, wobei der flüssige, hoch erhitzte Stahl in die Schweißfuge eindringt und diese ausfüllt.Thermit welding or aluminothermic welding uses a chemical process to reduce iron in the rail. The welding portion, which consists of various chemical components, is in a refractory shape with a recess for the rail ends to be welded. The heat source of the welding process is the combustion heat of the aluminum, whereby the liquid, highly heated steel penetrates into the welding joint and fills it.
Das Abbrennstumpfschweißen ist eine Form des Widerstandspressschweißens, bei dem durch den elektrischen Widerstand in der Schweißzone durch den Stromdurchgang die zum Schweißen erforderliche Wärme entsteht. Die unbehandelten Stoßflächen der Schienenenden werden während des Stromdurchganges in so leichter Berührung gehalten, dass das Schienenmaterial an den kleinen örtlichen Berührungsstellenwegen der großen Stromdichte stetig ab- brennt. Das flüssige Metall wird aus der Stoßstelle herausgeschleudert. Nach ausreichender Tiefe der Abbrandzone erfolgt die Verschweißung durch einen Stauchschlag meistens unter gleichzeitiger Stromabschaltung. Durch das aus der Stoßfuge herausgequetschte Material entsteht ein Grat, der in einem abschließenden Arbeitsgang abgeschliffen wird. Ausgangspunkt des lückenlosen Gleises sind Schienenstücke, die ein Walzwerk mit einer bestimmten Länge herstellt, insbesondere 30 m. Anschließend werden die einzelnen Schienenstücke in einem Schienenschweißwerk mittels stationären Abbrenstumpfschweißmaschinen zu Schienenstücken mit einer Länge von insbesondere 120 m verschweißt. Ein Schienenladezug transportiert diese Schienenstücke zu der Gleisbaustelle, an der sie mittels mobilen Abbrenstumpfschweißmaschinen zu dem lückenlosen Gleis verschweißt werden. Mobile Abbrenstumpfschweißmaschinen des Standes der Technik bestehen aus einem speziellen Trägerfahrzeug, in das ein mechanischer Schweißkopf mit zugehörigen Einspannvorrichtungen für die Schienenstücke und Schienenenden integriert ist. Dieses Trägerfahrzeug ist hierbei als Schienenfahrzeug oder als sog. Zweiwegefahrzeug, das sowohl auf Straßen als auch auf Schienenwegen verkehren kann, ausgeführt.Flash butt welding is a form of resistance pressure welding in which the heat generated by welding is generated by the electrical resistance in the weld zone through the passage of current. The untreated abutting surfaces of the rail ends are held in such a light contact during the passage of the current that the rail material at the small local contact points burns steadily due to the high current density. The liquid metal is ejected from the joint. After sufficient depth of the combustion zone, the weld is usually done by a collision impact with simultaneous power off. The material squeezed out of the butt joint creates a burr that is ground off in a final operation. Starting point of the gapless rail track pieces, which produces a rolling mill with a certain length, in particular 30 m. Subsequently, the individual rail sections are welded in a rail welding by means of stationary Abbrenstumpfschweißmaschinen rail sections with a length of 120 m in particular. A rail loader transports these rail sections to the track construction site, where they are welded to the gap-free track by means of mobile scraper-block welding machines. Prior art mobile stall welding machines consist of a special carrier vehicle incorporating a mechanical welding head with associated jigs for the rail pieces and rail ends. This carrier vehicle is in this case as a rail vehicle or as a so-called. Two-way vehicle that can run on both roads and on railways executed.
Die Einspannvorrichtungen bestehen insbesondere aus Einspannbacken, die gleichzeitig Elektroden für die Stromzuführung für das Abbrennstumpfschweißen bilden. Die elektrische Energie für das Abbrennstumpfschweißen wird durch mindestens ein Stromgenerator, insbesondere ein Dieselgenerator, erzeugt, der ebenfalls in das Schienenfahrzeug integriert ist. Während des Vorganges des Abbrennstumpfschweißens wird eine elektrische Leistung von bis zu 500 kW benötigt, so dass der Stromgenerator für diese Leistung entsprechend ausgelegt sein muss. Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass die verwendeten Stromgeneratoren eine hohe Masse von insbesondere über 10 t aufweisen. Demzufolge muss der mechanische Aufbau des Trägerfahrzeuges statisch und dynamisch auf die hohe Masse des Stromgenerators zuzüglich der Masse des für den Antrieb des Schienenfahrzeuges erforderlichen Motors ausgelegt sein. Des weiteren führt die hohe Masse des Stromgenerators zu einer hohen Radlast des Trägerfahrzeuges, die auf unbefestigte und rutschige Zuführungswege zur Baustelle sowie das provisorische und demzufolge noch nicht vollständig belastbare Gleisbett an der Baustelle wirkt.The jigs consist in particular of jaws, which simultaneously form electrodes for the power supply for the flash butt welding. The electrical energy for the flash butt welding is generated by at least one power generator, in particular a diesel generator, which is also integrated in the rail vehicle. During the process of flash butt welding, an electrical power of up to 500 kW is needed so that the power generator must be designed for this power. Disadvantage of this solution, however, is that the current generators used have a high mass of more than 10 t. Consequently, the mechanical structure of the host vehicle must be designed statically and dynamically to the high mass of the power generator plus the mass of the required for the drive of the rail vehicle engine. Furthermore, the high mass of the power generator leads to a high wheel load of the carrier vehicle, which acts on unpaved and slippery supply routes to the construction site as well as the provisional and therefore not yet fully loadable track bed at the construction site.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine leichte mobile Abbrenstumpfschweißmaschine mit geringer Radlast bereitgestellt wird.It is therefore an object of the invention to provide a method with which a lightweight mobile Abbrenstumpfschweißmaschine is provided with low wheel load.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in connection with the preamble of claim 1 according to the invention by the features specified in claim 1.
Ansprüche 2 bis 5 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungs- gemäßen Lösung aus Anspruch 1.Claims 2 to 5 contain advantageous embodiments of the inventive solution of claim 1.
Erfindungsgemäß wird die Masse der mobilen Ausrüstung des Trägerfahrzeuges dadurch reduziert, dass die für das Schweißen erforderliche elektrische Energie einem geeigneten Zwischenspeicher entnommen wird. Ein Generator, insbesondere ein Stromgenerator, dient ausschließlich dazu, den Zwischen- Speicher kontinuierlich mit elektrischer Energie zu laden und wird nicht direkt für die Schweißung benutzt. _According to the invention, the mass of the mobile equipment of the carrier vehicle is reduced by removing the electrical energy required for welding from a suitable buffer. A generator, in particular a current generator, serves exclusively to continuously charge the intermediate memory with electrical energy and is not used directly for the welding. _
Der Zeitraum zwischen zwei Schweißvorgängen ist wesentlich länger als der Zeitraum, der für eine Schweißung benötigt wird, so dass der Zwischenspeicher über einen sehr viel längeren Zeitraum geladen als entladen wird. Demzufolge kann ein Stromgenerator mit einer gegenüber dem Stand der Technik wesent- lieh geringeren elektrischen Ausgangsleistung verwendet werden wodurch sich entsprechend die Masse des Stromgenerators wesentlich vermindert..The time between two welds is much longer than the time it takes to weld so that the cache is charged rather than discharged for a much longer period of time. Consequently, a power generator can be used with a much lower compared to the prior art electrical output power whereby correspondingly significantly reduces the mass of the power generator.
Unter Berücksichtigung der erforderlichen Masse des Zwischenspeichers, wird das Gewicht der gesamten mobilen Abbrenstumpfschweißmaschine etwa halbiert. Zusätzliche positive Auswirkungen ergeben sich insbesondere durch eine Verringerung der Anschaffungskosten und der Betriebskosten. Insbesondere wird aufgrund der geringeren Masse die Handhabbarkeit der mobile Abbrenstumpfschweißmaschine, besonders in schwierigem Terrain, erleichtert.Taking into account the required mass of the buffer, the weight of the entire mobile Abbrenstumpfschweißmaschine is approximately halved. Additional positive effects result in particular from a reduction of the acquisition costs and the operating costs. In particular, the handling of the mobile Abbrenstumpfschweißmaschine is facilitated, especially in difficult terrain due to the lower mass.
Als Zwischenspeicher kommen grundsätzlich alle Speicher infrage, die elektrische Energie speichern und für kurze Zeit hohe Ströme liefern können. Damit können chemische Akkumulatoren oder physikalische Speicher verwendet werden. Für die technische Durchführung des Verfahrens werden vorzugsweise Hochleistungskondensatoren mit hoher Energiedichte verwendet, die mehrere Millionen Lastzyklen ertragen und auf die Masse bezogen, höhere Energiedichte haben, als chemische Akkumulatoren. Darüber hinaus sind Kondensatoren auch aus Gründen des Umweltschutzes gegenüber chemischen Speichern vorzuziehen.Basically, all storage devices that can store electrical energy and supply high currents for a short time can be used as latches. This can be used chemical accumulators or physical storage. For the technical implementation of the method preferably high power capacitors are used with high energy density, the endure several million load cycles and related to the mass, have higher energy density than chemical storage batteries. In addition, capacitors are also preferable for reasons of environmental protection against chemical storage.
Ebenfalls können als Zwischenspeicher mechanische Energiespeicher insbesondere Schwungräder verwendet werden, deren Masse durch einen Motor zunächst auf eine hohe Drehzahl gebracht und für den Schweißvorgang innerhalb kurzer Zeit zum Stillstand gebracht werden.Also can be used as a buffer mechanical energy storage flywheels in particular, the mass is first brought by a motor to a high speed and brought to a standstill for the welding process within a short time.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment and a drawing with a figure.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer mobilen Abbrenstumpfschweiß- maschine. Die für den Vorgang Abbrenstumpfschweißens erforderliche elektrische Energie wird einem Zwischenspeicher 2 entnommen, der aus mindestens einem Hochleistungskondensator besteht.Fig. 1 shows schematically the structure of a mobile Abbrenstumpfschweiß- machine. The electrical energy required for the Abbrensstumpfschwanzens operation is taken from a buffer 2, which consists of at least one high-performance capacitor.
Der Zwischenspeicher 2 wird von einem Stromgenerator 1 aufgeladen, der durch elektrische Verbindungen 5 an den Zwischenspeicher 2 angeschlossen ist. Zum Verschweißen der Enden zweier Schienen 3 und 4 miteinander werden Anschlussklemmen 6.1 und 6.2, die über elektrische Verbindungenθ mit dem Zwischenspeicher verbunden sind, an dem jeweiligen Schienenende befestigt.The buffer 2 is charged by a power generator 1, which is connected by electrical connections 5 to the buffer 2. For welding the ends of two rails 3 and 4 with each other, terminals 6.1 and 6.2, which are connected via electrical connections θ to the latch, attached to the respective rail end.
Während des Vorganges des Abbrenstumpfschweißens wird die im Zwischenspeicher enthaltene elektrische Energie kurzfristig an die Anschlussklemmen 6.1 und 6.2 abgegeben. Hierdurch wird der für die hohe, für das Abbrenstumpf- schweißen erforderliche Stromstärke zur Verfügung gestellt. During the process of Abbrenstumpfschweißens the electrical energy contained in the buffer memory is briefly delivered to the terminals 6.1 and 6.2. As a result, the current required for the high Abbrenstumpf- welding is provided.
__
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Stromgenerator1 power generator
2 Zwischenspeicher2 buffers
3 Schiene 4 Schiene3 rail 4 rail
5 elektrische Verbindung zum Zwischenspeicher5 electrical connection to the buffer
6 elektrische Verbindung zu den Schienen6 electrical connection to the rails
6.1 Anschlussklemme an Schiene 36.1 Connection clamp to rail 3
6.2 Anschlussklemme an Schiene 4 6.2 Connection clamp to rail 4

Claims

Elektrisches Schienenschweißen über ZwischenspeicherPatentansprüche Electric rail welding via caching patent claims
1. Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden durch Anlegen einer elektrischen Potentials zwischen den beiden Schienenenden, mit Hilfe des sog. Abbrennstumpfschweißens, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Schweißvorgang erforderliche elektrische Energie mindestens einem Zwischenspeicher entnommen wird, der von einem Generator aufgeladen wird.1. A method for the electrical welding of two rail ends by applying an electrical potential between the two rail ends, using the so-called. Abbrennstumpfschweißens, characterized in that the required for the welding electrical energy is taken from at least one intermediate memory, which is charged by a generator.
2. Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden nach nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch den Zwischenspeicher die elektrische Energie gespeichert wird und für kurze Zeit hohe Ströme geliefert werden.2. A method for electrical welding of two rail ends according to claim 1, characterized in that the electric energy is stored by the latch and high currents are supplied for a short time.
3. Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden nach ei- nem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Zwischenspeichers an die für den Schweißvorgang erforderliche elektrische Energie angepasst wird.3. A method for the electrical welding of two rail ends according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the capacity of the buffer is adapted to the electrical energy required for the welding process.
4. Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenspeicher physikalische Speicher und/oder chemische4. A method for the electrical welding of two rail ends according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that as a buffer physical memory and / or chemical
Akkumulatoren verwendet werden.Accumulators are used.
5. Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Speicher Hochleistungskondensatoren verwendet werden.5. A method for the electrical welding of two rail ends according to claim 4, characterized in that are used as physical memory high power capacitors.
6. Verfahren zur elektrischen Verschweißung zweier Schienenenden nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Speicher Schwungradspeicher verwendet werden. 6. A method for the electrical welding of two rail ends according to claim 4, characterized in that are used as a physical memory flywheel storage.
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