AT511068B9 - Vorrichtung zur schwingungsdämpfung und zur veränderung der longitudinalen steifigkeit - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung und zur Veränderung der longitudinalen Steifigkeit, insbesondere zur Dämpfung von Longitudinalschwingungen von Schienen. Die Vorrichtung weist zwischen einer Schiene (1) und einer Schwelle (2) zumindest eine an der Schwelle (2) anliegende Dämpfungseinlage (3) aus einem elastisch verformbaren Material und darüber eine formfeste Halteplatte (4) auf, über welcher der Schienenfuß angeordnet ist. Die elastische Dämpfungseinlage (3) weist in Schienenlängsrichtung eine Erstreckung auf, die größer ist als das entsprechende Maß der Schienenauflagefläche der Schwellenoberfläche in Schienenlängsrichtung, und die Halteplatte (4) weist Flansche (5) auf, wobei die sich über den Rand der Schwelle (2) erstreckenden Teile der elastischen Dämpfungseinlage (3) im eingebauten Zustand von den Flanschen (5) an beiden Seiten der Schwelle (2) formschlüssig an den Stirnflächen (6, 6') der Schwelle (2) in Anlage gehalten sind.

Description

österreichisches Patentamt AT 511 068 B9 2012-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung und zur Veränderung der longitudinalen Steifigkeit, insbesondere zur Dämpfung von Longitudinalschwingungen von Schienen, wobei die Vorrichtung zwischen einer Schiene und einer Schwelle zumindest eine an der Schwelle anliegende Dämpfungseinlage aus einem elastisch verformbaren Material und darüber eine formfeste Halteplatte aufweist, über welcher der Schienenfuß angeordnet ist, wobei die elastische Dämpfungseinlage in Schienenlängsrichtung eine Erstreckung aufweist, die größer ist als das entsprechende Maß der Schienenauflagefläche in Schienenlängsrichtung.

[0002] Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsstrecken oder Streckenteilen wo hohe Antriebsleistung von Triebfahrzeugen oder Triebwagen abgegeben wird, sind einerseits gute Gleisdämpfungen und andererseits longitudinale Steifigkeiten notwendig, deren Eigenwerte in einem anderen Bereich als die Erregungsfrequenzen der Schwankungen der longitudinalen Radkräfte des Fahrzeuges (Antriebs-, Brems- Radialstellungskräfte aufgrund AR) liegen. Dies dient der Laufruhe der Räder und minimiert die erzeugten Reibschwingungen im Kontaktbereich, wobei durch die Dämpfung sowohl der Verschleiß als auch die Lärmbelastung und durch Veränderung der Steifigkeiten die Neigung zu Oberflächenrissen verändert wird.

[0003] Bei Dauerbelastung der Schienen kann es an der Schienenfahrkante zu feinen Oberflächenrissen (sog. „Head Checks") kommen, die, wenn sie nicht durch geeignete Maßnahmen beseitigt werden, in weiterer Folge sogar zu einem Bruch der Schiene fuhren können. Um Head Checks zu vermeiden, werden daher Rollkontakt-Ermüdungserscheinungen durch regelmäßiges präventives Schleifen beseitigt, was bei der Oberbauinstandhaltung zu erheblichen Kosten führt.

[0004] Nach bisheriger Vorstellung der Technik sind die Ursachen für Head Checks vor allem in der Rollkontaktermüdung infolge „Hertzscher Pressung" mit in der Modellvorstellung nahezu quasi-stationär überlagerter Längskraft (Verhältnis Längskraft Tx zur Normalkraft N) zu suchen. Neueren Überlegungen zufolge kann die Überschreitung der Anriss-Spannung jedoch auf hochfrequente Reibschwingungen im Kontaktbereich, strukturelle Koppelschwingungen oder Längsschwingungen der Schienen, erregt durch Schwankungen der lateralen, longitudinalen bzw. vertikalen Radkräfte der Fahrzeuge, zurückgeführt werden, insbesondere bei großen quasistationären Radkräften.

[0005] Überdies können die Schienen sich im gesamten Kontaktbereich Rad-Schiene durch Schwankungen der normal und tangential wirksamen Kräfte verformen, was einerseits zu Reibschwingungen und andererseits in der bevorzugten Richtung der maximalen Tangentialkraftspitzen aufgrund des Schlupfes (Längs- Quer- und Bohrschlupf) in weiterer Folge zu plastischen Verformungen und Veränderung der Oberflächenstrukturen der Schienen führt.

[0006] Dämpfungseinlagen zwischen der Schwelle und der Schiene sind beispielsweise aus der WO 2008/093144 A1 vom 7. August 2008 bekannt. Bekannte Dämpfungslagen haben jedoch den Nachteil, einerseits die Schwingungen in Längsrichtung der Schienen (Longitudinalschwingungen) nur unzureichend zu dämpfen und elastische Eigenschaften zu besitzen, die insbesondere von den Erfordernissen der vertikalen elastischen Eigenschaften geprägt sind.

[0007] Aus der DE 196 23 523 A1 geht eine Lagerung von Eisenbahnschienen an Schwellen hervor, bei welcher auf den Schwellen Dämpfungsplatten aus elastischem Material aufgelegt sind, wobei die in Schienenlängsrichtung gemessene Erstreckung der Dämpfungsplatte größer ist als die in gleicher Richtung gemessene Breite der Schwelle, wobei die quer zur Schienenlängsrichtung verlaufenden Kanten der Dämpfungsplatte um die Schwellenkanten herum nach unten gezogen sind. Auf der Dämpfungsplatte liegt eine Halteplatte, deren quer zur Schienenlängsrichtung verlaufende Kanten zur Dämpfungsplatte hin abgewinkelt sind, wobei jedoch zwischen den abgewinkelten Kanten und den Rändern der Dämpfungsplatte ein Freiraum belassen ist, um eine Längsbewegung der Schiene zu ermöglichen. Eine Dämpfung der Schwingungen in Längsrichtung der Schienen ist damit allerdings auf Grund des Freiraumes nicht möglich. 1 /11 österreichisches Patentamt AT 511 068 B9 2012-10-15 [0008] Gleiches gilt auch für DE 880 596 C, die eine analoge Dämpfungsplatte zeigt, auf welche dann direkt die Schiene aufgelegt ist. Auch diese Ausbildung erlaubt ein freies Schwingen der Schiene in ihrer Längsrichtung.

[0009] Es wäre wünschenswert über eine Dämpfungsvorrichtung bzw. über elastische Eigenschaften in Längsrichtung zu verfügen, welche auftretende Längsschwingungen bzw. die Schwingungsamplituden in Längsrichtung durch Dämpfung verkleinern und somit die Entstehung von Head Checks verhindern oder zumindest verzögern. Dadurch wäre es möglich, die für das präventive Schleifen vorgesehenen Intervalle zu verlängern, was den Instandhaltungsauf-wand verringert.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erzielt, deren elastische Dämpfungseinlage in Schienenlängsrichtung eine Erstreckung aufweist, die größer ist als das entsprechende Maß der Schienenauflagefläche der Schwellenoberfläche in Schienenlängsrichtung, und dass die Halteplatte Flansche aufweist, wobei die sich über den Rand der Schwelle erstreckenden Teile der elastischen Dämpfungseinlage im eingebauten Zustand von den Flanschen an beiden Seiten der Schwelle formschlüssig an den Stirnflächen der Schwelle in Anlage gehalten sind. Durch die beiden an den Stirnflächen anliegenden und von den Flanschen angedrückten elastischen Dämpfungseinlagen ist - verglichen mit der vertikalen Steifigkeiten - in Längsrichtung eine doppelte Dämpfung bzw. eine der longitudinalen Steifigkeit bewirkt, wodurch induzierte Schwingungen und Lärmemissionen unterdrückt werden.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder Flansch einen nach oben hin zurück gebogenen Rand aufweist, dessen freie Kante im eingebauten Zustand an der Schienenunterseite anliegt. Dies verbessert die horizontale Schwingungsdämpfung und erhöht die Steifigkeit in longitudinaler Richtung, da die Schienenunterseite insbesondere unter der vertikalen Belastung des Rades auf den Rand drückt und dadurch die Seitenbereiche der elastischen Zwischenlage mit dem Flansch gegen die Stirnflächen der Schwelle presst.

[0012] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Dämpfungseinlage vom Druck des Flansches elastisch um die Schwellenkante gebogen sein. Als elastische Dämpfungseinlage kann somit eine einfache, flache und ebene Lage verwendet werden, die zwischen Schwelle und dem Flansch der Halteplatte in die gewünschte Form mit der gewünschten Steifigkeit gedrückt wird. Die Herstellung einer komplexen Form der elastischen Dämpfungseinlage ist nicht erforderlich.

[0013] Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass die elastische Dämpfungseinlage und die Halteplatte an ihren parallel zur Schiene verlaufenden Kanten an Führungsplatten angrenzen, die mittels der Schienenbefestigung an der Schwelle befestigt sind. Dadurch wird auf einfache Weise eine seitliche Befestigung der Vorrichtung zur Dämpfung und Erhöhung der longitudinalen Steifigkeit erzielt.

[0014] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Montieren eines Dämpfungselements und zur Veränderung der longitudinalen Steifigkeiten zwischen einer Schiene und einer Schwelle, wobei zwischen der Schwelle und der Schiene eine Dämpfungseinlage aus einem elastisch verformbaren Material und eine formfeste Halteplatte angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Befestigen der Schiene an der Schwelle zwei über die oberen Kanten der Schelle überstehende Teile der Dämpfungseinlage durch an der Halteplatte vorgesehene Flansche formschlüssig an die Stirnflächen der Schwelle angedrückt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr kostengünstig durchgeführt werden, da es den für die Schienenmontage erforderlichen Gesamt-Arbeitsaufwand nur unwesentlich beeinflusst.

[0015] Die Erfindung wird nunmehr mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, Fig. 2 einen entsprechende Querschnittsansicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt, Fig. 3 eine auseinandergezogene schaubildliche Darstellung der Dämpfungsvorrichtung zur Erläute- 2/11 österreichisches Patentamt AT 511 068 B9 2012-10-15 rung des erfindungsgemäßen Montageverfahrens zeigt, Fig. 4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform quer zur Schienenlängsachse zeigt, Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der Fig. 4 zeigt, Fig. 6 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform quer zur Schienenlängsachse zeigt, Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII der Fig. 6 zeigt, Fig. 8 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform quer zur Schienenlängsachse zeigt, Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der Fig. 8 zeigt, Fig. 10 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform quer zur Schienenlängsachse zeigt und Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI der Fig. 10 zeigt.

[0016] Fig. 1 zeigt einen Querschnitt parallel der Längserstreckung einer auf der Schwelle 2 aufliegenden Schiene 1. Zwischen der Schiene 1 und der Schwelle 2 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung bzw. zur Veränderung der longitudinalen Steifigkeiten angeordnet, die eine auf der Schwelle 2 liegende elastische Dämpfungseinlage 3 und eine darüber angeordnete Halteplatte 4 aufweist. Die Halteplatte 4 ist an die Form der Schwellenoberseite angepasst, wobei die Halteplatte 4 an beiden Seiten nach unten hin umgewinkelte Flansche 5, 5' aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Neigung der entsprechenden Stirnflächen 6, 6' der Schwelle 2 verlaufen. Die Dämpfungseinlage 3, die im Wesentlichem aus einem herkömmlichem elastischen Material wie etwa Gummi hergestellt werden kann, besteht im Wesentlichen aus einer flachen, rechteckigen Lage, die zwischen der Halteplatte 4 und der Schwelle 2 zusammengedrückt wird, wobei die an die beiden Seiten über die Ränder der Oberseite der Schwelle 2 überstehenden Randbereiche der Dämpfungseinlage 3 von den Flanschen 5, 5' nach unten gedrückt werden, sodass sie an den Stirnflächen 6, 6' der Schwelle 2 anliegen.

[0017] Somit dient die an der Oberseite der Schwelle 2 anliegende einfache Schicht der Dämpfungseinlage 3 insbesondere der Dämpfung von vertikalen Schwingungen, während an den Stirnflächen 6, 6' der Schwelle 2 jeweils eine Lage für die Dämpfung von Longitudinalschwingungen bzw. Veränderung der longitudinalen Steifigkeit in Längsrichtung vorgesehen ist. Somit steht eine einfache Dämpfungsschicht in vertikaler Richtung (zur Dämpfung und elastischen Auflage der vertikalen Kräfte und Vertikalschwingungen) und eine doppelt wirkende elastische Schicht in horizontaler Richtung zur Dämpfung und zur Erhöhung der longitudinalen Steifigkeit (je eine auf beiden Seiten der Schwelle) zur Verfügung.

[0018] Da die Schienen 1 durch eine herkömmliche Schienenbefestigung fest mit der Schwelle verbunden ist, wird die gesamte Dämpfungskonstruktion fest zusammengedrückt und erfordert somit keine eigenen Befestigungselemente.

[0019] In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Der in Fig. 2 dargestellte Aufbau der Dämpfungsschichten entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten, wobei die Halteplatte 4 jedoch durch ein weiteres Merkmal ergänzt ist: Die Flansche 5, 5' weisen jeweils einen nach oben hin zurückgebogenen Rand 7, 7' auf, der an der Schienenunterseite 13 anliegt und gegen diese gedrückt ist. Dies bewirkt, dass die Flansche 5, 5' von dem von der Schienenunterseite auf den Rand 7, 7' ausgeübten Druck fester gegen die an den Stirnflächen 6, 6' anliegenden seitlichen Dämpfungseinlagen gedrückt werden.

[0020] Fig. 3 erläutert das erfindungsgemäße Verfahren zum Montieren einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung zwischen einer Schiene 1 und einer Schwelle 2. Die Dämpfungseinlage 3 wird so auf die bereits verlegte Schwelle zwischen den Montagebohrungen, in denen die Schraubendübel 10 für die Befestigung der Schwellenschrauben 11 eingesetzt sind, aufgelegt, dass die Ränder der elastischen Dämpfungseinlage 3 an beiden Seitenkanten der Schwelle 2 über dessen Kanten hinaus ragen. Darüber wird dann die Halteplatte 4 so auf die Schwelle 2 aufgesetzt, dass die überstehenden Ränder der Dämpfungseinlage 3 von den Flanschen 5 nach unten gedrückt und um die Schwellenkanten nach unten gezogen werden.

[0021] Die elastische Dämpfungseinlage 3 und die Halteplatte 4 werden seitlich von Führungsplatten 8, 8' gegen ein seitliches Verschieben gesichert, wobei der äußere Rand der Führungsplatten 8, 8' formschlüssig in eine in der Schwelle 2 vorgesehene Nut 9, 9' eingreift. 3/11 österreichisches Patentamt AT 511 068 B9 2012-10-15 [0022] Die Schiene wird in bekannterWeise mittels Klammern 12 und Schwellenschrauben 11 an der Schwelle befestigt, wobei die Schwellenschrauben 11,11' durch eine in den Führungsplatten 8, 8' eingebrachte Bohrung verlaufen, sodass die Führungsplatten 8, 8' durch die Schienenbefestigung fixiert sind.

[0023] Der äußere Rand der Führungsplatten 8, 8' ist rinnenartig ausgebildet, wobei die Unterseite der Rinne formschlüssig in die Nut 9, 9' eingreift und die äußeren Bereiche der Klammern 12,12' an der Rinneninnenseite angreifen, sodass die Führungsplatten 8, 8' von den Klammern 12, 12' fest in die Nuten 9, 9' gedrückt werden.

[0024] Fig. 4 zeigt die Schienenbefestigung und die Dämpfungsschicht in einer quer zur Schienenlängsachse verlaufenden Schnittansicht und Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Schienenbefestigung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in der montierten Lage, wobei die in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform im Wesentlichen der in Fig. 2 und 3 gezeigten entspricht.

[0025] In Fig. 6 und 7 ist in zwei Schnittansichten eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, wobei die Schwelle 2 eine Auflageplatte 14 aufweist, welche mit dem Korpus 16 der Schwelle 2 verschraubt ist. Die Schwellenoberseite wird in diesem Fall durch die Oberfläche der Auflageplatte 14 gebildet, auf der die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung angeordnet ist. Die Stirnflächen 6, 6', an welchen die elastische Dämpfungseinlage 3 von den Flanschen 5, 5' der Halteplatte in Anlage gehalten werden, sind dabei von den Seiten der Auflageplatte 14 gebildet.

[0026] Die in Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform ist der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ähnlich, wobei die Schwelle 2 aus einem Korpus 16, einer Auflageplatte 14 und einer Montageplatte 15 besteht, auf der die Auflageplatte 14 angeschweißt ist.

[0027] Fig. 10 und 11 wiederum zeigen eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, wobei der dargestellte Schwellenquerschnitt zwischen er Schienenauflagefläche und den beiden Stirnflächen 6, 6' jeweils einen abgephasten Bereich 17,17' aufweist. Der abgephaste Bereich 17,17' verringert die Knickung der Dämpfungslage 3, die nunmehr in zwei Stufen verläuft.

[0028] Die unterschiedlichen Ausführungsvarianten der Fig. 4 bis 11 verdeutlichen, dass die Erfindung auf vielfältige Weise in die Praxis umgesetzt werden kann. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird daher verstehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mit vielen unterschiedlichen Schwellenformen, Schwellentypen und Schwellenmaterialien und unabhängig von der verwendeten Schienenbefestigung vorteilhaft verwendet werden kann. Insbesondere kann die Schwelle aus Beton, Metall, Holz, Kunststoff oder einer Kombination dieser Materialien hergestellt sein. BEZUGSZEICHENLISTE:

Schwellenschrauben 11 Klammer 12 Schienenunterseite 13 Auflageplatte 14 Montageplatte 15 Korpus 16 abgephaster Bereich 17,17'

Schiene 1 Schwelle 2 Dämpfungseinlage 3 Halteplatte 4 Flansch 5, 5' Stirnflächen 6, 6' Rand 7 Führungsplatte 8, 8' Nut 9, 9'

Schraubendübel 10 4/11

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT 511 068 B9 2012-10-15 Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung und zur Veränderung der longitudinalen Steifigkeit, insbesondere zur Dämpfung von Longitudinalschwingungen von Schienen, wobei die Vorrichtung zwischen einer Schiene (1) und einer Schwelle (2) zumindest eine an der Schwelle (2) anliegende Dämpfungseinlage (3) aus einem elastisch verformbaren Material und darüber eine formfeste Halteplatte (4) aufweist, über welcher der Schienenfuß angeordnet ist, wobei die elastische Dämpfungseinlage (3) in Schienenlängsrichtung eine Erstreckung aufweist, die größer ist als das entsprechende Maß der Schienenauflagefläche der Schwellenoberfläche in Schienenlängsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (4) Flansche (5) aufweist, wobei die sich über den Rand der Schwelle (2) erstreckenden Teile der elastischen Dämpfungseinlage (3) im eingebauten Zustand von den Flanschen (5) an beiden Seiten der Schwelle (2) formschlüssig an den Stirnflächen (6,6') der Schwelle (2) in Anlage gehalten sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flansch (5) einen nach oben hin zurück gebogene Rand (7) aufweist, dessen freie Kante im eingebauten Zustand an der Schienenunterseite anliegt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dämpfungseinlage (3) vom Druck des Flansches (5) elastisch um die Schwellenkante gebogen ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dämpfungseinlage (3) und die Halteplatte (4) an ihren parallel zur Schiene (1) verlaufenden Kanten an Führungsplatten (8, 8') angrenzen, die mittels der Schienenbefestigung an der Schwelle (2) befestigt sind.
5. 5. Verfahren zum Montieren eines Dämpfungselements und zur Veränderung der longitudinalen Steifigkeiten zwischen einer Schiene und einer Schwelle, wobei zwischen der Schwelle und der Schiene eine elastische Dämpfungseinlage aus einem elastisch verformbaren Material und eine formfeste Halteplatte angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Befestigen der Schiene an der Schwelle zwei über die oberen Kanten der Schwelle überstehende Teile der Dämpfungseinlage durch an der Halteplatte vorgesehene Flansche formschlüssig an die Stirnflächen (6, 6') der Schwelle angedrückt werden. Hierzu
6. 6 Blatt Zeichnungen 5/11