Abbrenn­s­tumpf­schweißen

Moderner Schweißroboter im Einsatz
© Plasser & Theurer

Mit modernen Schweißmaschinen ist eine voll automatisierte Erstellung von Schienenverbindungen möglich. In Europa wird dafür oft das Abbrennstumpfschweißen eingesetzt. Im Vergleich zum aluminothermischen Schweißen hat diese Schweißtechnik den Vorteil, dass kein Fremdmaterial in den Schweißstoß eingebracht wird. Vor allem bei hoher Schienenstahlgüte kann die Diskontinuität im Schienenstahl so auf ein Minimum reduziert werden.

Bereits ab den 1960er-Jahren gab es in der Ukraine am Paton Electric Welding Institute erste Entwicklungen der mobilen elektrischen Schweißtechnologie. Bis heute wurden diese Ideen von unterschiedlichen Herstellern kontinuierlich weiterentwickelt und hinsichtlich der Qualität und Effektivität der Schweißung optimiert. [1]

Obwohl kein Fremdmaterial in den Schweißstoß eingebracht wird, kommt es doch zu einer Änderung im Stahlgefüge. Das durch die Wärmeeinbringung  hervorgerufene Weichglühen verändert die Härte des Schienenstahls. Bei stark ausgeprägten Wärmeeinflusszonen und sehr harten Schienenstählen entstehen örtlich begrenzte Unregelmäßigkeiten im Härteverlauf, die abhängig von ihrer Größe anfällig für Verschleißerscheinungen sind. [2]

Qualitätsprüfung einer Probeschweißung im Biegeprüfstand
© Plasser & Theurer

Bei der Verschweißung von Schienen müssen daher höchste Qualitätsansprüche eingehalten werden, um künstliche Störstellen durch die Schweißung zu verhindern. Mit modernen Schweißrobotern ist unter Einhaltung der Schweißnorm (EN14587-2 für Abbrennstumpfschweißmaschinen) die prozesssichere und automatisierte Erstellung von Schienenschweißungen möglich. 

Der Schweißroboter wird an der Schweißstelle abgesenkt (Plasser APT 1500 RL). Hilfszangen greifen die Schienen und richten diese hinsichtlich ihrer Höhe aus, was bei modernen Maschinen vollautomatisch ausgeführt wird. Das übliche schwierige manuelle Ausrichten der Schienenköpfe zueinander kann so entfallen. Um der Materialschrumpfung durch die ungleichmäßige Auskühlung des Schienenprofils entgegenzuwirken, werden die Schienenenden zueinander überspitzt ausgerichtet. Nach dem Ausrichten der Schienenprofile fixieren Klemmbacken die erreichte Endlage. Die Strombacken werden angelegt und der Schweißprozess kann beginnen. Eine Kontaktschleifung des Schienenstegs (Befreiung von Rost und Schmutz) ist notwendig, um den Strom einwandfrei einzubringen. Bei einigen Maschinen kann es darüber hinaus erforderlich sein, das Walzzeichen mit einer Schienenstegschleifmaschine zu entfernen, da ansonsten nicht genügend Energie übertragen werden kann.[3]   

Der Schweißprozess teilt sich in drei unterschiedliche Phasen [4]:

  • Instabile Phase (Unregelmäßigkeiten werden ausgebrannt, Schienenenden vorgewärmt)
  • Stabile Phase (gleichmäßiger Abbrand)
  • Progressive Phase (Energieerhöhung und Ausbrennen von Unreinheiten)

Durchführung der Abbrennstumpfschweißung

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Blick auf den Schweißstoß nach dem Abschervorgang
© Plasser & Theurer

Nachdem diese Phasen durchlaufen sind, wird der Stauchschlag ausgeführt, der beide Schienenenden mit Druck über Hydraulikzylinder aneinanderpresst. Überschüssiges Material wird dabei nach außen gedrückt und gleich nach der Schweißung automatisch abgeschert. Die Klemmbacken bleiben bei diesem Vorgang geschlossen und fixieren die Schiene während des Abkühlungsprozesses. Dies ist vor allem im Zuge von Verspannungsschweißungen (Schlussschweißungen) von besonderer Bedeutung. [4] 

Moderne Abbrennstumpfschweißmaschinen wie z. B. die APT 1500 von Plasser & Theurer ermöglichen durch einen maximalen Ziehweg von 150 mm und eine Ziehkraft von 1 500 kN nicht nur gewöhnliche Schienenverbindungsschweißungen, sondern auch das Schlussschweißen im Zuge der Verspannungsschweißung.

 

 


  1. [1] Wenty, R.: Neuentwicklungen für die Fahrweginstandhaltung. Der Eisenbahningenieur 2013, Mai, S. 44–49.
  2. [2] Öllinger, M.: Technologische Fortschritte beim Schienenschweißen. Eisenbahntechnische Rundschau 2015, Heft 12, S. 85–88.
  3. [3] Plasser & Theurer (Hrsg.): aktuell. Der Schweißroboter APT 1500 R - ein Technologiesprung bei der mobilen Abbrennstumpfschweißung, Heft 41.
  4. [4] Plasser & Theurer (Hrsg.): aktuell. Der Schweißroboter APT 1500 R - ein Technologiesprung bei der mobilen Abbrennstumpfschweißung, Heft 41.