WO2007098881A1

WO2007098881A1 - Verbundprofil mit einem tragkörper aus leichtmetallwerkstoff sowie einem profilband und verfahren zum herstellen des verbundprofils

Info

Publication number: WO2007098881A1
Application number: PCT/EP2007/001523
Authority: WO
Inventors: Diethelm Woempner; Timo Netzel
Original assignee: Alcan Technology & Management Ltd.
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2007-09-07
Also published as: US7874412B2; US20070207633A1; TWI379782B; TW200800672A; EP1993871A1

Abstract

An einem ein stranggepresstes schienenartiges Trägerprofil (12) aus Leichtmetallwerkstoff sowie ein dessen Kopffläche (28) überspannendes Profilband (40) aus einem härteren Metall umfassendes Verbundprofil ist an das der Kopf- oder Oberfläche (28) des Trägerprofils (12) etwa aufliegende Profilband (40) an seinen Längsseiten jeweils ein zu seiner Längsachse paralleler Einschubstab (50) festgelegt, der anderseits in einen seitlichen Schlitz (30) des Trägerprofils (12) eingreift sowie mit seinem -- bevorzugt aus Edelstahl geformten -- Profilband (40) durch eine Schweißnaht (48) verbunden ist; das rinnenartige Profilband (40) ist mit seinem Einschub- oder Ankerstab (50) unter mechanischer Vorspannung an das Trägerprofil (12) angefügt. Dieser Einschub- oder Ankerstab (50) ist aus dem Werkstoff des Profilbandes oder Deckprofils (40) geformt sowie mit einem Seitenschenkel (46) des Profilbandes (40) fest verbunden, und er greift anderseits mit zumindest einem vom Seitenschenkel (46) abragenden Stababschnitt (49i) in einen zur Querschnittslängsachse (Q) des Trägerprofils (12) geneigten Schlitzes (30) ein.

Description

Verbundprofil mit einem Tragkörper aus Leichtmetallwerkstoff sowie einem Profilband und Verfahren zum Herstellen des Verbundprofils

Die Erfindung betrifft ein Verbundprofil mit einem aus Leichtmetallwerkstoff stranggepressten schienenartigen Tragkörper sowie einem dessen Kopffläche überspannenden Profilband aus einem härteren Metall. Zudem erfasst die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundprofiles.

Aus der DE 24 32 541 Al geht ein Verfahren zum Herstellen von Stromschienen aus einem Trägerprofil und mindestens einer -- wenigstens einen Teil der Oberfläche des als Stromleiter dienenden Trägerprofils bildenden -- Auflage aus Profilband eines anderen Metalls als Deckprofil hoher Ab- riebfestigkeit hervor. Während eines Strangpreßvorganges wird das Trägerprofil mittels Auspressen eines Blockes durch den Formgebungsquerschnitt einer Pressmatrize erzeugt, und gleichzeitig durchläuft das Profilband zur Matrizenlängsachse parallel den Matrizendurchbruch oder Form- gebungsquerschnitt . Während des Pressvorganges entsteht zwischen den beiden Profilkomponenten eine innige metallische Verbindung. Beispielsweise bei Einsatz der Stromschiene zur Elektrifizierung schienengebundener Fahrzeuge erfolgt in Fällen besonders hoher Belastung trotz der inni- gen metallischen Verbindung langfristig ein Loslösen des Profilbandes von seinem Tragprofil aus Leichtmetall.

Der DE 44 10 688 Al ist Verbundprofil mit einem Trägerprofil aus Leichtmetall und einem damit verbundenen Profilband zu entnehmen. Letzteres überspannt die Oberfläche eines Schienenkopfes des Trägerprofils, ist querschnittlich rinnenähnlich geformt und weist in seinen Seitenschenkeln -- von seiner tragkörperseitigen Innenfläche in Abstand zueinander abragende -- Ausformungen auf, welche in den Tragkörper eingebettet sind. Diese Ausformungen begrenzen hinter- schnittene Zwischenräume, welche vom metallischen Werkstoff des Tragkörpers formschlüssig ausgefüllt sind. Diese formschlüssige Verbindung ist nicht mit den zur metallischen Verbindung beschriebenen Mängeln behaftet .

Ein Verbundleiterschienenelement zur Stromversorgung eines Bahnfahrzeugs mit einem Belag aus einem Werkstoff hohen mechanischen Widerstandes, der starr auf einem Stab aus elektrisch gut leitfähigem Material befestigt ist sowie die Gleit- bzw. Kontaktfläche für Stromabnehmer des Fahrzeuges bildet, offenbart die DE 25 46 026 Al. Die Befestigung des Belages auf dem als Träger dienenden leitfähigen Stab erfolgt dadurch, dass die Ränder des Belages in den leitfähigen Stab eingeklemmt bzw. eingequetscht werden. Es entsteht wenigstens eine in Längsrichtung verlaufende Eindrückung im Belag, die bis in den leitfähigen Stab eindringt. Für das Verklemmen der Ränder des Belages ist im leitfähigen Stab eine Nut vorgesehen, die eine Lippe abteilt. Letztere führt zum Verklemmen des Belages am leitfähigen Stab, sobald sie zumindest teilweise umgelegt und gegen den Rand des Belages gedrückt worden ist.

Als nachteilig haben sich auch Stromschienen erwiesen, deren Verschleißkomponente durch sie seitlich durchsetzende Schrauben oder zusätzliche Steckorgane am stromführenden Trägerprofil befestigt werden. Andere bekannte Herstellver- fahren können nachteiligerweise zu Welligkeiten auf der Oberfläche des Deckprofiles führen, die ihre Ursache im schrittweisen Verstemmen bzw. Stanzen des Trägerprofiles haben .

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin- der das Ziel gesetzt, die Verbindung zwischen Trägerprofil und Profilband unter Beibehaltung der besonderen wirtschaftlichen Herstellungsmöglichkeiten weitergehend zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Benennungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.

Erfindungsgemäß ist an das der Kopf- oder Oberfläche des Trägerprofils etwa aufliegende Profilband oder Deckprofil - - bevorzugt aus Edelstahl -- an dessen Längsseiten jeweils ein zur Längsachse des Profilbandes paralleler Anker- oder Einschubstab festgelegt, der anderseits in einen seitlichen Steckschlitz des Trägerprofils eingreift sowie mit seinem Profilband durch eine Schweißnaht verbunden ist; das rinnenartige Profilband wird mit seinem Anker- oder Profilstab unter Erzeugung einer mechanischen Vorspannung an das Trägerprofil angefügt, welche einen dauerhaft festen Sitz gewährleistet. Der Einschubstab bzw. das Einschubprofil ist bevorzugt aus dem Werkstoff des Profilbandes gefertigt, ergänzt das Profilband auf beiden Seiten und bildet dank einer geschweißten Anbindung einen sicheren Schutz für die innenliegende Oberfläche des stromführenden Trägerprofils.

Als günstig hat es sich bei dem rinnenähnlich geformten Profilband erwiesen, das dem Schienenkopf des schienenartigen Trägerprofils aufliegt, den Einschubstab mit einem Seitenschenkel des Profilbandes zu verbinden sowie ihn anderseits mit wenigstens einem von jenem Seitenschenkel abragenden Stababschnitt in den entsprechend angeordneten Steckschlitz des Trägerprofils einzusetzen; jener Stababschnitt verläuft zur Querschnittsachse des Trägerprofils geneigt und erzeugt so die erfindungsgemäße Vorspannung.

Bevorzugt wird ein rinnenartiger Einschubstab etwa V-förmigen Querschnittes, der mit einem Rinnenschenkel der Innen- seite des Seitenschenkels des Profilbandes etwa achsparal- IeI anliegt; der andere Rinnenschenkel ist dann zur Längsachse des Profilbandes hin gerichtet und lagert in einem zur Querschnittslängsachse des Trägerprofils in einem Winkel geneigten Schlitz. Bei dieser Ausgestaltung soll der Querschnitt des Schlitzes im Schienenkopf des Trägerprofils seinerseits V-förmig sein, wobei der in der Seiten- oder Längsfläche des Schienenkopfes verlaufende Schlitzschenkel von einer Längseinformung gebildet wird. Jener Winkel misst bevorzugt 60° bis 70°, insbesondere 65°.

Ein anderer erfindungsgemäßer Einschubstab ist von winkel- artigem Querschnitt, der mit einem Rinnenschenkel der Innenseite des Seitenschenkels anliegt; der andere Rinnenschenkel ist von der Grundplatte des Profilbandes weg -- oder alternativ: zu dieser hin -- geneigt. Hierbei soll der von den beiden Rinnenschenkeln begrenzte Winkel, mehr als 90° messen, bevorzugt etwa 110°.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Einschubstab mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt, der im Zenit seiner Wölbung mit der Außenfläche an die Kante der Stirnfläche des Seitenschenkels des Profilbandes so angeschweißt ist, dass die beiden Einschubstäbe des Profilbandes in einer gemeinsamen Mittelachse sowie zueinander geöffnet angeordnet sind. Diese Mittelachse kreuzt die Querschnittsachse des Verbundprofils, die wiederum parallel zu dessen Seitenflä- chen steht. Zudem soll die Mittelachse der Einschubstäbe in jeder der beiden Längsflächen des Schienenkopfes die Lage eines Wulstes bestimmen, dessen Querschnitt der Form des Innenraumes des an ihn anzufügenden Einschubstabes ange- passt ist und der beidseits von jeweils einem Einschub- schlitz für die freie Kante des zur Mittelachse geneigten freien Endes des Einschubstabes begrenzt ist .

Der Querschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Einschubprofils oder -Stabes für den Schienenkopf besteht aus einem Viertelkreisabschnitt und einem linearen Abschnitt, welch letzterer dem Seitenschenkel des Profil- bandes innenseitig anliegt und mit dessen Stirnfläche verschweißt ist. Diese Viertelkreisabschnitte der beiden Einschubstäbe können zur Grundplatte des Profilbandes hin gerichtet sein oder aber von dieser weg. Der Schlitz des Schienenkopfes für den linearen Abschnitt des Einschubstabes soll hier eine Längseinformung in der Längsfläche des Schienenkopfes enthalten. Im übrigen ist darauf zu achten, dass die Paarungen gleichförmiger Einschubstäbe spiegelbildlich gleiche Ausgestaltung anbieten.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist ein querschnittlich hakenartiger Einschubstab mit -- in Abstand zum Seitenschenkel verlaufendem -- zur Grundplatte des Profil- bandes gerichtetem freien Hakenabschnitt andernends an die Stirnfläche des Seitenschenkels angeschweißt.

Zudem hat es sich als günstig erwiesen, die schlitzartige Einformung des Schienenkopfes von einer in Abstand zur Oberfläche des Schienenkopfes angeformten und von der Unterfläche des Schienenkopfes begrenzten Längsrippe untergreifen zu lassen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung zu der weiter oben beschriebenen Anbringung des querschnittlich hakenartigen Einschubstabes mit in Abstand zur Innenfläche des Seitenschenkels des Profilbandes verlaufendem freien Hakenabschnitt weist dieser von der Grundplatte des Profilbandes weg, also zum Fußbereich des Verbundprofils hin. Auch dieser Einschubstab ist an die Stirnfläche des Seitenschenkels angeschweißt .

Eine andere Ausbildung erfasst einen querschnittlich stufenartigen Einschubstab, der einends an der Innenfläche des Profilband-Seitenschenkels verschweißt ist und andernends mit seinem freien Hakenende eine Zapfenleiste in der Längsfläche des Schienenkopfes hintergreift. Im Rahmen der Erfindung liegen auch querschnittlich lineare, also streifenartige Einschubstäbe, die innenseitig an den Seitenschenkeln des Profilbandes angelegt sind und deren jeweilige Stirnfläche überragen, mit der sie mittels einer durchgehenden Schweißnaht verbunden sind. Dieser Einschubstab ist erfindungsgemäß zur Querschnittslängsachse des Verbundprofils in einem Winkel von etwa 60° bis 80° -- bevorzugt 70° bis 75° -- geneigt.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist eine der beiden einander gegenüberliegenden Flächen von Trägerprofil und Deckprofil zum Partner hin querschnittlich gekrümmt, was die geforderte Vorspannung ergibt.

Die Erfindung erfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundprofils, bei dem aus Leichtmetallwerkstoff ein Trägerprofil mit einer Kopffläche sowie diese beidseits begleitenden Steckschlitzen stranggepresst wird, zudem in jedem Steckschlitz ein Einschubstab eingebracht und an einen aus dem Steckschlitz ragenden Abschnitt des Einschubstabes ein die Kopffläche übergreifendes Profilband so angelegt wird, dass das Deckprofil gegenüber dem Trägerprofil eine Vorspannung aufweist.

Der Einschubstab wird mit dem Profilband durchgehend verschweißt .

Zuerst werden also die als Verankerungsstreifen, Ankerstäbe oder Einschubstäbe in das Leichtmetallprofil, insbesondere in ein AL-Basisprofil, eingelegt bzw. eingedrückt oder eingerollt oder auch vor dem Verschweißen bzw. im Nachhinein durch bleibende Verformung des Trägerprofils festgerollt oder festgedrückt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Vorspannung zwischen den Partnern aufgebaut wird. Vorgesehen ist dann mit Hilfe einer Andruckrolle mit großem Durchmesser das Edelstahl -Deckprofil auf das Leichtmetall - Trägerprofil zu drücken und unter dieser Vorspannung gleichzeitig rechts und links die Verankerungsstreifen oder Einschubstäbe mit dem Deckprofil zu verschweißen.

Im übrigen ist das sog. Deckprofil bevorzugt ein von einem Walzcoil geschnittenes Edelstahlband, das durch Rollformen in die gewünschte Form gebracht bzw. als geschnittenes Band direkt eingesetzt wird. Der Einschubstab ist ein Edelstahl - band -- vorzugsweise die gleiche Legierung wie das Deckprofil -- das vorteilhafter Weise vom Walzcoil geschnitten und durch Rollformen/Abkanten/Aufbörteln/Umbörteln in die ge- wünschte Form gebracht worden ist.

Um die eingangs erwähnten Mängel zu beseitigen, wird ein kontinuierlich ablaufendes Verbundprofil -- wie Strangpressen für das Trägerprofil und Rollformen -- über die ganze Profillänge von Deckprofil und Einschubstäben bzw. Veran- kerungsprofilen vorgeschlagen. Die Verbindung wird durch kontinuierliches Schweißen über die Profillänge durchgeführt .

Gefordert wird eine größtmögliche Breite der Schleiffläche mit Bestreichmöglichkeit von der Seite und eine mechanische Verankerung, die auch bei komplett abgenutzten Verschleißprofilen eine Verankerung der dann zwei Restschleifflächen gewährleistet. Zudem ist eine Reduzierung der Einbau-Höhentoleranzen gegenüber bekannten Verbundprofilen erwünscht . Wünschenswert ist auch eine lokale Fertigungsmöglichkeit weltweit, ohne eine große Leichtmetall -Strangpresse aufrüsten zu müssen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1, 9: jeweils eine Schrägsicht auf einen Abschnitt eines schienenartigen Verbundprofils aus zwei Verbundpartnern in Form eines Schienenprofils mit Deckprofil;

Fig. 2: die vergrößerte Stirnansicht des Verbundprofils der Fig. 1 mit einem aus dem Verbundprofil herausgenommenen Bauteil ;

Fig. 3: das in Fig. 2 herausgenommene

Bauteil in Form eines Einschubstabes;

Fig. 4: die Stirnansicht des als

Verbundpartner in Fig. 1 eingesetzten Deckprofils;

Fig. 5, S₁ 7: jeweils einen gegenüber Fig. 2 verkleinerten Querschnitt durch ein Verbundprofil anderer Ausgestaltung;

Fig. 8: zwei Hälften der Querschnitte zweier unterschiedlicher Verbundprofile;

Fig. 10: den Querschnitt durch das Verbundprofil der Fig. 9; Fig. 11: die Stirnansicht des als Verbundpartner in Fig. 9 eingesetzten Deckprofils;

Fig. 12: die Stirnansicht des Einschubstabes oder -profus zu Fig. 9, 10;

Fig. 13: die beiden Verbundpartner der

Fig. 10 -- Schienenprofil und Deckprofil -- vor dem Zusammenbau;

Fig. 14: Stirnansicht eines der Fig. 2 etwa entsprechenden Verbundprofils aus den zwei Verbundpartnern;

Fig. 15: das Verbundprofil der Fig. 14 vor dem Zusammenbau;

Fig. 16: zwei Hälften der Querschnitte zweier unterschiedlicher Schienenprofile, wobei die rechte Figurenhälfte der Fig. 17 zuzuordnen ist;

Fig. 17: die Stirnansicht des rechten

Schienenprofils der Fig. 16 nach dem Zusammenbau mit dem anderen Verbundpartner;

Fig. 18 bzw. 19: jeweils eine Stirnansicht zweier weiterer Verbundprofile vor dem Zusammenbau;

Fig. 20 bis 22: Skizzen zu Herstellungsschritten für die Stromschiene; Fig. 23: eine Skizze in Schrägsicht auf einen Abschnitt einer Stromschiene während des Bearbeitungsvorganges ;

Fig. 24: einen vergrößerten Ausschnitt aus der Stromschiene der Fig. 3, 14;

Fig. 25: den Ausschnitt nach Fig. 24 in verkleinerter Wiedergabe "Wäh- rend des Bearbeitungsvorganges .

Ein Verbundprofil 10 der Höhe h von hier beispielsweise 105 mm und der maximalen Breite b von 92 mm weist nach Fig. 1 ein schienenartiges Trägerprofil 12 mit einem Schienenfuß 14 und einem an diesen mittels eines Schienensteges 20 an- geformten strangartigen Schienenkopf 22 auf. Zwei die Fußfläche 16 des Schienenfußes 14 begrenzende Längskanten 17 der Höhe c von 10 mm verlaufen in einem Abstand b_λ von hier 80 mm parallel zueinander. Die oben genannten Maße sind bei etwa 70 % der derzeitigen Verbundprofile 10 festzustellen; die allgemeinen Maßbereiche sind etwa wie folgt zu messen:

Profilhöhe h: 50 mm bis 150 mm;

Profilbreite b: 60 mm bis 160 mm; Schienenfußbreite b_x: 30 mm bis 130 mm.

Von diesen Längskanten 17 sind die beiden zu ihnen hin etwas geneigten Firstflächen 18 des Schienenfußes 14 zu der die Längsachse A des Verbundprofils 10 querenden Querschnittsmittelachse Q geringfügig aufwärts geneigt und gehen in jenen axialen Schienensteg 20 der Höhe h_α von etwa 30 mm sowie der Dicke e von etwa 18 mm über. An das obere Ende des Schienensteges 20 schließen die zu den Längskanten 24 des Schienenkopfes 22 an, dessen Breite b₂ etwa 78 mm misst und dessen Außenhöhe n von etwa 28 mm die Lage der Schienenkopf-Oberfläche 28 bestimmt. Von jeder der Längskanten 24 des Schienenkopfes 22 geht in Fig. 1, 2 ein in einem Winkel w von etwa 60° zur Querschnittslängsachse Q aufwärts geneigter Steckschlitz 30 der Breite a von hier 4 mm und der Tiefe t von 18 mm aus, des- sen in Fig. 2 untere Wandfläche in eine Art Längsrippe 34 des Schienenkopfes 22 übergeht; deren Außenseite wird von jener Unterfläche 26 gebildet. In die Längskante 24 ist -- unter Bildung einer Querschnittsstufe 33 -- eine Längseinformung 32 eingebracht als räumliche Verlängerung des querschnittlich V-artigen Schlitzes 30, die auch dessen Breite a anbietet.

Dieses Schienen- oder Trägerprofil 12 des Verbundprofils 10 wird in einer aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Strangpresse aus einem Leichtmetallwerkstoff geformt.

Die ebene Kopf- oder Oberfläche 28 des Schienenprofils 12 bzw. seines Schienenkopfes 2-2 wird in Endzustand von einem Profilband 40 der Dicke f von 6 mm überspannt, das aus einem Eisen- oder Buntmetall hergestellt ist. Dieses Profilband 40 ist querschnittlich rinnenartig geformt, und seine von einer Grundplatte 42 ausgehenden -- zueinander sowie zur Längsachse B des Profilbandes 40 parallelen -- Seitenschenkel 46 der Höhe C₁ von 20 mm liegen den Längskanten 24 des Schienenkopfes 22 an. In dieser Lage bildet die ebene Außenfläche 44 der Breite q des Profilbandes 40 die Oberfläche des Verbundprofils 10.

Jedem Seitenschenkel 46 des der Oberfläche 28 des Schienenkopfes 22 aufliegenden Profilbandes 40 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 innenseitig ein rinnenartiger Ein- schubstab 50 etwa V-förmigen Querschnitts eines Öffnungswinkels W₁ von etwa 65° achsparallel zugeordnet, dessen querschnittlich lineare Rinnenschenkel 49, 49_A eine Dicke a_! anbieten, die mit geringem Spiel der Breite a des Steckschlitzes 30 entspricht. Der in Fig. 3 rechte Rinnenschen- kel 49 des auch als Ankerstab bezeichneten Einschubstabes 30 liegt mit seiner Außenseite -- parallel zur Querschnittslängsachse Q verlaufend -- dem Seitenschenkel 46 des Profilbandes 40 innenseitig in einer Berührungsbreite C₂ von 5 mm an und ist mit diesem durch eine bei 48 ange- deutete Schweißnaht dichtend verschweißt . Diese verläuft an der Stirnfläche 47 des Profilband-Seitenschenkels 46. Der andere Rinnenschenkel 49j ist in den benachbarten Schlitz 30 des Schienenkopfes 22 eingefügt. So entsteht ein unter mechanischer Vorspannung stehender dauerhafter und dichter Verbund der beiden Verbundpartner 12, 40 des Verbundprofils 10. Diese Vorspannung zwischen den Verbundpartnern bestimmt deren Verwendungsfähigkeit; denn diese Vorspannung ist existentiell für die Übergangswiderstände , das Korrosions- verhalten und damit für die Lebensdauer der Stromübertra- gung.

Der Schienenkopf 22_a des Verbundprofils 10_a nach Fig. 5 weist statt eines V-artigen Schlitzes einen querschnittlich winkelartig gebogenen Steckschlitz 30_a der Breite (Radius 4 mm) für einen entsprechend geformten Einschubstab 50_a für das Profilband 40 auf, das an sich entsprechend Fig. 2, 4 gestaltet ist. Zum Schienenfuß 14 hin wird der Steckschlitz 30_a durch eine aufwärts geneigte Längsrippe 34_a des Schienenkopfes 22_a begrenzt. Dieser Steckschlitz 30_a nimmt das freie Ende 55 des gekrümmten Querschnitts des Einschubsta- bes 50_a auf, das in Seitenansicht ein Längsstreifen ist.

Die Fig. 6 zeigt zwei Einschubprofile oder Einschubstäbe 50_b winkelförmiger bzw. hakenartiger Querschnittsform für entsprechende Schlitze 30_b im Schienenkopf 22_b bzw. des Verbundprofils 10_b. Diese Einschubstäbe 50_b sind an die Stirnfläche 47 des Profilband-Seitenschenkels 46 dank einer Schweißnaht 48 angeschweißt und hintergreifen mit ihrem freien Hakenabschnitt 56 eine achsparallele Zapfenleiste 37 der Breite k_λ des Schienenkopfes 22_b. Auch das Profilband 40 der Fig. 7 ist i.w. entsprechend dem der Fig. 2, 4 gestaltet; bei diesem Verbundprofil 10_c sind allerdings die beiden Einschubprofile oder Einschubstäbe 50_c querschnittlich halbkreisförmig gebogen und jeweils in ihrem Zenit an die Stirnfläche 47 eines Seitenschenkels 46 des Profilbandes 40 angeschweißt. Die sich in einer die Querschnittslängsachse Q kreuzenden Mittelachse M zueinander öffnenden Einschubstäbe 50_c umgreifen am Schienenkopf 22_C einen Wulst 36 mit teilkreisförmiger Querschnittskon- tur, den beidseits -- unter Bildung von Einschubschlitzen 35 für die Querschnittsenden des Einschubstabes 50_c Längsrippen 34_C begrenzen.

Fig. 8 gibt jeweils eine an der Querschnittslängsachse Q endende Hälfte zweier Verbundprofile 10_d, 10_c wieder; die nicht gezeigte andere Hälfte ist jeweils entsprechend gestaltet. Dem Profilband 40 der in Fig. 8 linken Ausbildung ist ein Einschubstab 50_d der Dicke a_α zugeordnet, dessen Querschnitt aus einem Viertelkreisabschnitt 54 und einem linearen Abschnitt 49_a besteht, der mit dem entsprechenden Seitenschenkel 46 des Profilbandes 40 verschweißt ist. Jener Viertelkreisabschnitt 54 ragt zum Schienenfuß 14 hin. Bei der Ausgestaltung mit der rechten Seite von Fig. 8 ist der Einschubstab 50_e so festgelegt, dass der Viertelkreisabschnitt 54 zur Grundplatte 42 des Profilbandes 40 gerich- tet ist. In beiden Verbundprofilen 10_d, 10_e ruht der lineare Abschnitt in einer Längseinformung 32 des Schienenkopfes 22_d bzw. 22_e, die in einen querschnittlich gekrümmten Schlitz 30_e übergeht.

Das Verbundprofil 10_f der Fig. 9 bis 13 enthält zwei Ein- schubstäbe 50_a, deren Form zu Fig. 5 beschrieben worden ist. Im Gegensatz zu jener Darstellung weisen allerdings hier die freien Enden 55 der Einschubstäbe 50_a aufwärts, also zur Grundplatte 42 des Profilbandes 40 hin. In Fig. 11 ist der besseren Übersicht halber die genaue Ausbildung dieses -- schon zu Fig. 4 beschriebenen -- Profilbandes 40 benachbart dargestellt, wobei die Breite q von dessen gerader Außenfläche 44 hier 68 mm misst bei einer gestreckten Länge von etwa 116 mm und einer Fläche von etwa 697 mm [Mat . 1.4016 (X 6 Cr 17), mit 5373,1 g/m].

Der Einschubstab 50_a bestimmt nach Fig. 12 mit den Stirnflächen 57 seiner beiden Profilschenkel 55 bzw. 5S₁ der Länge z von 7,8 mm bzw. Z₁ von 5,8 mm einen Winkel y von 65°. Fig. 13 zeigt die Länge der oben beschriebenen Schlitze 30 und Längseinformungen 32 im Schienenkopf 22_f.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden/wird die Kopffläche 28 des Schienenprofils 10, 10_a bis 10_f und/oder die Unterfläche 45 des Deckprofils 40 des besseren Haltes und elektrischen Kontaktes halber gebürstet, gestrahlt, galvanisch beschichtet oder versilbert.

Das Verbundprofil 10_g der Fig. 14, 15 entspricht in seinem Aufbau i.w. dem Verbundprofil 10 der Fig. 1, 2 mit dem erkennbaren Unterschied, dass die Einschubstäbe 50 jeweils sowohl durch die Schweißnaht 48 an die Stirnflächenkante 47 des Seitenschenkels 46 von Deckprofil 40 angefügt sind als auch anderseits durch eine Löt- oder LόtSchweißnaht 48_t an die Längsrippe 34 des Schienenkopfes 22_g. Diese Löt- oder LötSchweißnaht 48_t sorgt für eine Verbesserung des Über- gangswiderstandes und schützt vor einem Wassereindringen. Im übrigen zeigt Pfeil x in Fig. 14 die Schlagrichtung für einen nicht dargestellten Werkzeugkeil, mit dem eine Ver- stemmkraft auf den Einschubstab 50 ausgeübt wird.

Am fertigen Verbundprofil 10_g ist nicht mehr ohne weiteres zu erkennen, dass zwischen der Kopffläche 28 des Schienenkopfes 22 und der Unterfläche 45 des Deckprofils 40 als Kontaktverbesserung eine Folie 60 oder eine entsprechende Schicht aus Kontaktfett angeordnet ist. Die Folie 60 kann eine weiche Reinaluminiumfolie sein oder eine Lötfolie bzw. eine Graphitfolie und sitzt fest zwischen jenen beiden Flächen 28, 45.

Von der Kopffläche 28 des Schienenkopfes 22_h eines in Fig. 16 nur hälftig skizzierten Schienenprofils 12_h weiterer Ausgestaltung ragen Längsstege oder Steganformungen 62 auf; zusätzlich -- oder auch allein -- können entsprechende Steganformungen 62_S zudem von der querschnittlich gekrümmten Längskante 24_h- des Schienenkopfes 22_h abstehen. Diese beim Strangpressen des Schienenkopfes 22_h mitten auf dem Trägerprofil 12_h , auf den Seitenbereichen der Kopffläche 28 bzw. den Längskanten 24_h entstehenden Steganformungen 62, 62_S werden beim Andruck des Profilbandes oder Deckprofils 40 verformt und erzeugen eine Vorspannung im System.

Das in Fig. 16, rechts, angedeutete Schienenprofil 12_£ unterscheidet sich von dem Schienenprofil 12 der Fig. 14, 15 durch einen an den Schienenkopf 22_A als eine Art von Unterlippe während des Strangpressens angeformten Lippensteg 64, der die untere Flächen des Steckschlitzes 3O₁ ver- längert; nach dem Einbringen des Einschubstabes 50 wird dieser Lippensteg 64 zu jenem hin gemäß Fig. 17 mittels am Verbundprofil 1O₁ entlanggeführter Druckrollen zu Druck- wulsten 66 -- Halt erzeugend -- verformt.

Die Fig. 18, 19 stellen zwei weitere Möglichkeiten zum Er- zeugen einer Vorspannung zwischen Kopffläche des Schienenprofils und Unterfläche des Profilbandes oder Deckprofils einander gegenüber, nämlich zum einen eine um einen -- bevorzugt im Schienensteg 20 und der Querschnittslängsachse Q liegenden -- Ansatzpunkt D in einem Radius r gekrümmte und auch als ballig bezeichnete Kopffläche 29 eines Schienenprofils 13, welcher die ebene Unterfläche 45 des Deckprofils 40 gegenübersteht. Zum anderen zeigt Fig. 19 eine zur ebenen Kopffläche 28 des Schienenfußes 12 hin gekrümmte Grundplatte 43 eines Profilbandes oder Deckprofils 41; das Maß von dessen sowie seiner Unterfläche 45_k symmetrisch zur Querschnittslängsachse Q verlaufende Krümmung entspricht -- in umgekehrter Krümmungsrichtung -- jenem der beschriebenen gekrümmten Kopffläche 29 in Fig. 18, d.h. deren Radius r entspricht jenem der Fig. 19. Der Innenabstand q_x der Seitenschenkel 46 des ebenen Deckprofils 40 entspricht im übrigen dem Innenabstand q_λ der Seitenschenkel 46 des gekrümmten Deckprofils 41.

Die Fig. 20 bis 23 und 25 verdeutlichen das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren. Zuerst werden dem strangge- pressten Schienenprofil 12 gemäß Fig. 20 die beiden Ein- schubstäbe 50 aus Edelstahl zugeführt und deren innere Rinnenschenkel 49_± in die jeweiligen Steckschlitze 30 eingeschoben. Dann erfolgt das Anpressen aller Edelstahlprofile, also der Einschubstäbe 50 und des Deckprofils 40, letzteres an die Kopffläche 28 des Schienen- bzw. Träger- profus 12 (Fig. 21) . Anschließend werden diese Teile unter Druck P verschweißt; eingesetzte Schweißdüsen sind mit 70 kenntlich gemacht.

Einer unteren Andruckrolle 72_t liegt gemäß Fig. 23 die Einheit aus Deckprofil 40 und Schienenprofil 12 auf, dem -- nicht sichtbar -- die beiden Einschubstäbe 50 zugeordnet sind. Eine obere Andruckrolle 72 ist der Fußfläche 16 des Schienenfußes 14 zugeordnet. Diese auf parallelen Wellen 74 lagernden und angepassten Speziairollen 72, 72_t üben den erforderlichen vertikalen Druck aus, während beidseits an seitlichen Lagerarmen 76 eines Firstgestells 78 zwischen jeweils einem Paar von in einem Winkel w₂ von beispielsweise 45° geneigt angebrachten Lagerplatten 77 an einer Scheibenwelle 79 drehbare Druckscheiben 80 Pressdruck auf die Einschubstäbe 50 ausüben und diese im Steckschlitz 30 des Schienenkopfes 22 halten. Es handelt sich hier um eine modifizierte Rollenrichtmaschine für Leichtmetallprofile. Um dabei eine optimale Vorspannung zu erreichen, wird zwischen den Andruckrollen 72, 72_t aus antimagnetischem Werkstoff geschweißt - und zwar werden die beiden Seiten gleichzeitig bearbeitet. Fig. 24 zeigt einen wesentlichen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Stromschiene 10, welche die geforderte Vorspannung anbietet . Zu erkennen ist ein Eckbereich des Schienenkopfes 22 mit Steckschlitz 30 sowie einem in letzterem festliegenden rinnenartigen Einschubstab 50, der anderseits an der Querschnittsstufe 33 der Längseinformung 32 des Schienenkopfes 22 endet sowie an den Seitenschenkel 46 des Profil - bandes oder Deckprofils 40 angefügt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verbundprofil mit einem aus Leichtmetallwerkstoff stranggepressten schienenartigen Trägerprofil (12, 12_h, 12_i7 13) sowie einem dessen Kopffläche (28) überspannenden Profilband (40, 41) aus einem härteren Metall,

dadurch gekennzeichnet,

dass an das der Kopf- oder Oberfläche (28) des Trägerprofils (12, 12_h, 12_X, 13) etwa aufliegende Profilband (40, 41) an seinen Längsseiten jeweils ein zu seiner Längsachse (B) paralleler Einschubstab (50, 50_a bis 50_e) festgelegt ist, der anderseits in einen seitlichen Schlitz (30, 30_a, 30_b, 30_e, 3O₁; 35) des Trägerprofils eingreift sowie mit seinem Profilband durch eine Schweißnaht (48) verbunden ist, wobei das rinnenartige Profilband mit seinem Anker- oder Einschubstab unter mechanischer Vorspannung an das Trägerprofil angefügt ist.

2. Verbundprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilband oder Deckprofil (40, 41) aus Edelstahl geformt ist.

3. Verbundprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker- oder Einschubstab (50, 50_a bis 50_e) aus dem Werkstoff des Profilbandes oder Deckprofils (40, 41) geformt ist.

4. Verbundprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschubstab (50, 50_a bis 50_e) mit einem Seitenschenkel (46) des Profilbandes (40, 41) fest verbunden ist und anderseits mit zumindest einem vom Seitenschenkel abragenden Stababschnitt (49,; 54, 55; 56) in einen zur Querschnitts- längsachse (Q) des Trägerprofils (12, 12_h, 12_i7 13) geneigten Schlitzes (30, 30_a, 30_b, 3O₁) im Trägerprofil eingreift.

5. Verbundprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen rinnenartigen Einschubstab

(50) etwa V-formigen Querschnittes, der mit einem Rinnenschenkel (49) der Innenseite des Seitenschenkels (46) des Profilbandes (40) etwa achsparallel anliegt, wobei der zur Längsachse (B) des Profilbandes hin gerichtete andere Rinnenschenkel (49_±) in einem zur Querschnittslängsachse (Q) des Trägerprofils (12, 12_h, 12i, 13) in einem Winkel (w) geneigten Schlitz

(30) lagert.

6. Verbundprofil nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen V-förmigen Querschnitt des Schlitzes (30) im Schienenkopf (22) des Trägerprofils (12) , wobei einer der Schlitzschenkel eine Längseinformung (32) in der Seiten- oder Längsfläche (24) des Schienenkopfes ist.

7. Verbundprofil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längseinformung (32) an einer radialen Querschnittsstufe (33) endet.

8. Verbundprofil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch einen Öffnungswinkel (W₁) des Rinnenquerschnittes von etwa 60° bis 70°, bevorzugt 65°.

9. Verbundprofil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Einschubstab (50_a) winkelartigen Querschnittes, der mit einem Rinnenschenkel (55) der Innenseite des Seitenschenkels (46) des Profilbandes (40) anliegt, wobei der andere Rinnenschenkel (55J von der Grundplatte (42) des Profilbandes weg oder zu dieser hin geneigt ist (Fig. 3, 10) .

10. Verbundprofil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von den beiden Rinnenschenkeln (55, 55J begrenzte Winkel größer als 90° ist, bevorzugt etwa 110°.

11. Verbundprofil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen querschnittlich etwa halbkreisförmigen Einschubstab (50_c) der in seinem Zenit an die Stirnfläche (47) des Seitenschenkels

(46) des Profilbandes (40) angeschweißt ist, wobei die beiden Einschubstäbe des Profilbandes (40) an einer gemeinsamen Mittelachse (M) zueinander geöffnet angeordnet sind .

12. Verbundprofil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (M) der Einschubstäbe (50_c) die Querschnittslängsachse (Q) des Verbundprofils (10_c) kreuzt und die freien Enden der Einschubstäbe zur Mittelachse geneigt sind.

13. Verbundprofil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (M) der Einschubstäbe (50_c) in jeder der beiden Längsflächen (24) des Schienenkopfes (22_C) die Lage eines Wulstes (36) bestimmt, dessen Querschnitt der Form des Innenraumes des Einschubstabes angepasst ist und der beidseits von jeweils einem Einschubschlitz (35) begrenzt ist.

14. Verbundprofil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Einschubstabes (50_d) für den Schienenkopf (22_d, 22_e) aus einem Viertelkreisabschnitt (54) und einem linearen Abschnitt (49_a) besteht, welch letzterer dem Seitenschenkel (46) des Profilbandes (40) innenseitig anliegt und mit dessen Stirnfläche (47) verschweißt ist (Fig. 8) .

15. Verbundprofil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Viertelkreisabschnitte (54) der beiden Einschubstäbe (50_d) zur Grundplatte (42) des Profil - bandes (40) hin oder von dieser weg gerichtet sind.

16. Verbundprofil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (30_e) des Schienenkopfes (22_e) für den linearen Abschnitt (49_a) des Einschubstabes (50_d) eine Längseinformung (32) in der Längsfläche (24) des Schienenkopfes (22_e) enthält.

17. Verbundprofil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein querschnitt- lich hakenartiger Einschubstab (50_b) mit in Abstand (kj zum Profilband-Seitenschenkel (46) verlaufendem, zur Grundplatte (42) des Profilbandes (40) gerichtetem freiem Hakenabschnitt (56) andernends an die Stirnfläche (47) des Seitenschenkels angeschweißt ist (Fig. 6) .

18. Verbundprofil nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die schlitzartige Einformung (30, 30_a, 30_b, 30_e, 3O₁; 31) des Schienenkopfes (22, 22_a bis 22J von einer in Abstand zur KopfOberfläche (28) ausgeformten und von der Unterfläche (26) des Schienkopfes begrenzten Längs- rippe (34, 34_a, 34_C) Untergriffen ist.

19. Verbundprofil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen querschnittlich linearen Einschubstab (51) , der innenseitig an den Profilband-Seitenschenkel (46) angelegt ist und dessen Stirnfläche (47) überragt, wobei er einends mit der Stirnfläche (47) eines Profil-Seitenschenkels (46) verschweißt ist sowie zur Querschnittslängsachse (Q) des Verbundprofils (10) in einem Winkel (w) von etwa 60° bis 80°, bevorzugt 70° bis 75° , geneigt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der SchienenkopfOberfläche

(28) und/oder der Längskante (24_h) des Schienenkopfes (22J Steganformungen (62, 62_S) abragen (Fig. 16).

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als untere Begrenzung des Steckschlitzes (30) des Trägerprofils (42) dienende Längsrippe als verlängerter Lippensteg (64) ausgebildet und nach dem Einsetzen eines Einschubstabes (50, 50_a bis 50_e) an diesen anlegbar verformbar ausgebildet ist (Fig. 16) .

22. Verbundprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopffläche (29) des Trägerprofils (13) querschnittlich teilkreisförmig gewölbt und ihr Zenit an der Querschnittsachse (Q) gegenüber der ebenen Unterfläche (45) des Deckprofils

(40) angeordnet ist (Fig. 18) .

23. Verbundprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterfläche (45_k) des Deckprofils (41) zum Trägerprofil (12) hin kuppelartig und symmetrisch zur Querschnittslängsachse (Q) gekrümmt ist (Fig. 19) .

24. Verfahren zum Herstellen eines Verbundprofils nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus Leichtmetallwerkstoff ein Trägerprofil mit einer Kopffläche sowie diese beidseits begleitenden Steckschlitzen stranggepresst wird, dass in jeden Steckschlitz ein Anker- oder Einschubstab eingebracht und an einen aus dem Steckschlitz ragenden Abschnitt des Einschubstabes ein die Kopffläche übergreifendes Profilband oder Deckprofil aus härterem Werkstoff so angelegt wird, dass das Deckprofil gegenüber dem Trägerprofil eine Vorspannung aufweist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschubstab an dem Trägerprofil mit Vorspannung festgerollt oder festgedrückt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilband auf das Trägerprofil mit Vorspannung aufgedrückt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschubstab mit dem Profil - band durchgehend verschweißt wird.