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Die Erfindung hat einen Gleisoberbau mit Schwellen und Schienen für den schienengeleiteten Verkehr sowie eine Zwischenlage für einen derartigen Gleisoberbau zum Gegenstand..
Der schienengebundene Verkehr, sei es für Personen oder Güter, weist den besonderen Vorteil auf, dass nur ein geringer Energieeinsatz erforderlich ist. Weiters kann auch die Emission von Schall und Schadstoffen besonders gering gehalten werden. Neben Massnahmen, um einerseits die Schallemissionen besonders gering zu halten und andererseits eine Weiterleitung des Luftschalles zu vermeiden, also beispielsweise durch Vorsehen von Schallschutzwänden u. dgl. sind Massnahmen gesetzt worden, um den Körperschall, also die Weiterleitung des Schalles durch feste Materie, z. B. Beton, Erdreich, zu verringern. Schienen weisen in der Regel eine besonders gute Schalleitung auf, wobei Schall durch Wechselwirkung zwischen dem Rad des rollenden Materials und der Schiene bedingt wird.
Eine Weiterleitung von der Schiene auf die darunter angeordnete Schwelle kann durch dazwischen angeordnete Dämmelemente, beispielsweise aus gummielastischem Material, verringert werden, wobei durch spezifische Ausbildung dieser gummielastischen Zwischenlagen auch erwünschte Lagen von Schienen, z. B. zur Vermeidung von Wankbewegungen, erwünschte unterschiedliche Belastbarkeit in Kurven od. dgl. erreicht werden können. Trotz all dieser Massnahmen wird Körperschall von den Schienen auf die Schwellen übertragen und von diesen wieder in den Untergrund eingeleitet. Selbst wenn dieser Untergrund körperschallmässig gegenüber der angrenzenden Umgebung isoliert ist, muss die Einleitung des Körperschalles so gering wie möglich gehalten werden.
Für diesen Zweck ist es bekannt, zwischen Schwellen und Untergrund Zwischenlagen aus schalldämmendem oder nur schlecht schalleitendem Material vorzusehen.
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Aus der AT 353. 301, lS wird ein schotterloser Bahnoberbau bekannt, welcher insbesondere für Brücken bestimmt ist. Hiebei sind auf einem Tragwerk nach oben und zur Schwellenmitte hin offene Stahltröge über eine Ausgleichsschichte angeordnet. In diesen Stahltrögen ist eine elastische Zwischenschichte, z. B. eine Rippenplatte aus Gummi oder weichgeschäumten Polyurethan vorgesehen ist. Auf dieser Zwischenschichte ruhen sodann die Schwellen, z. B. aus Beton, auf.
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beiden Enden von Schwellen angeordnet sind.
Der Untergrund besteht aus Beton, wobei die Schwellen in Ausnehmungen des Unterbetons angeordnet sind, die in etwa jenen der Schwellenenden entsprechen. Die zwischen den Ausnehmungen und den Schwellenenden angeordneten Schwellenschuhe sind im wesentlichen nach oben offen und weisen an den zu den Schwellen weisenden Flächen Nuten auf, die mit Ausnahme am Stirnstück des Schuhes in Schwellenlängsrichtung verlaufen. Obwohl die erwünschte Schalldämmung und elastische Einfederung der Schwellen mit derartigen Schwellenschuhen erreicht werden konnten, treten Bruche an der Ober- und Unterseite von Schwellen auf. Wie bekannt, weisen Materialien, wie Beton od. dgl., zwar sehr hohe Druckfestigkeiten auf, jedoch sind die Zugfestigkeiten gering.
Für diesen Zweck können innerhalb der Schwellen Elemente zur Erhöhung der Zugfestigkeit, wie beispielsweise Stahleinlagen im Beton oder auch andere Verstärkungseinlagen, vorgesehen sein. Eine Schwelle unterliegt jedoch bei Belastung durch das rollende Material, insbesondere einer Triebeinheit, einer besonders starken Belastung, die zu einer wellenförmigen Verbiegung führt. Hiebei sind die Bereiche, welche unterhalb der Schienen angeordnet sind, einer besonders starken Durchbiegung unterworfen, wohingegen die angrenzenden Bereiche eine geringere Verformung aufweisen.
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Dementsprechend liegen Zug- und Druckbeanspruchungen an der Schwellenober- und -unterseite vor.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gleisoberbau zu schaffen, bei welchem die Schwellen eine höhere Lebensdauer aufweisen, wobei gleichzeitig eine entsprechende Dämpfung der Schalleitung im Untergrund durchgeführt wird.
Weiters besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Gradienten der Biegelinie der Schwellen in Schwellenlängsrichtung zu verringern.
Der erfindungsgemässe Gleisoberbau mit Schwellen, welche mit zumindest zwei Schienen mit Schienenfuss für den schienengeleiteten, z. B. innerstädtischen Verkehr, insbesondere lösbar, verbunden sind, und die Schwellen aus einem im wesentlichen starren Material, z. B. Beton, Polyurethanhartschaum, aufgebaut sind und zumindest die Enden der Schwellen auf einem starren Untergrund, z. B.
Unterbeton, vorzugsweise in etwa den Schwellenenden entsprechenden nach oben und zur Gleismitte hin offenen Ausnehmungen, am Untergrund über gummielastische Zwischenlagen, insbesondere Schwellenschuhen, aufruhen, wobei die Zwischenlagen Bereiche unterschiedlicher gummielastischer Verformbarkeit aufweisen, besteht im wesentlichen darin, dass zumindest Bereiche der jeweiligen Zwischenlagen, welche unterhalb der Schwellen angeordnet sind, in Schwellenlängsrichtung eine unterschiedliche gummielastische Verformbarkeit aufweisen, wobei der Bereich unterhalb des Schienenfusses eine geringere Verformbarkeit als der/die an diesem (n) anschliessende (n) Bereich (e) aufweist/aufweisen. Ein derartiger Gleisoberbau, welcher beispielsweise für U-Bahnen, Stadtbahnen, Strassenbahnen, aber auch auf Brücken, Tunnels, Bahnsteigen,
seine bevorzugte Anwendung finden kann, bietet einerseits den Vorteil des sogenannten schotterlosen Gleisoberbaues an, welcher im wesentlichen in einer
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geringen Bauhöhe und hoher Standfestigkeit besteht. Die erforderliche Einfederung der Schwellen kann durch die gummielastische Verformbarkeit einer Zwischenlage erreicht werden, welche gleichzeitig eine Weiterleitung des Körperschalles von den Schwellen in den Untergrundbeton wesentlich verringert.
Gleichgültig, ob lediglich Zwischenlagen unterhalb den Endbereichen der Schwellen oder ob Zwischenlagen, die durchgehend von einem Schwellenende zum anderen Schwellenende ausgeführt ist, vorgesehen sind, kann der Bereich einer geringeren Verformbarkeit unterhalb des Bereiches des Schienenfusses, welcher die erhöhte Krafteinleitung auf die Schwelle bewirkt, einen grösseren Widerstand entgegensetzen, womit die in etwa doppel-S-förmige Deformation der Schwelle wesentlich verringert werden kann.
Weist die Zwischenlage in Längsrichtung der Schwelle verlaufende zumindest einseitig offene Nuten auf, so kann, wie an sich bekannt, eine Einfederung der Zwischenlage besonders wirksam erreicht werden, wobei gleichzeitig die Lebensdauer der Zwischenlage gegenüber einem Vollmaterial in der Regel erhöht wird, da während der Deformation Gestaltsänderungen eintreten und das Material während der Deformation in die Hohlräume der Nuten ausweichen kann, so dass die während der Belastung und Entlastung von der Zwischenschicht geleistete Arbeit nicht nur durch einen Randbereich, sondern durch eine Vielzahl von Flächenbereichen gewährleistet ist. Weiters bieten die Nuten den Vorteil, dass beispielsweise Verunreinigungen, aber auch Oberflächenwässer abgeleitet werden können.
Weisen die an dem Bereich geringerer gummielastischer Verformbarkeit anschliessenden Bereiche stufenförmig und/oder kontinuierlich von diesem ausgehend eine zunehmende gummielastische Verformbarkeit auf, so ist auf besonders wirksame
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Weise der unterschiedlichen entgegenzuwirkenden Deformation bei der Biegebeanspruchung der Schwelle Rechnung getragen.
Werden die Bereiche unterschiedlicher gummielastischer Verformbarkeit mit Materialausnehmungen, z. B. Nuten, Durchbrechungen, Sacklöcher od. dgl. gebildet, so kann unter Beibehaltung eines Materials die unterschiedliche gummielastische Verformbarkeit erreicht werden, wobei weiters die Lebensdauer einer derartigen Zwischenlage erhöht werden kann.
Sind die Bereiche unterschiedlicher gummielastischer Verformbarkeit mit unterschiedlichen Materialien gebildet, so können beispielsweise auch zusätzlich zu den Durchbrechungen, Nuten od. dgl. weitere Ausgestaltungen vorgenommen werden, wobei durch die unterschiedlichen Materialien auch Reflexionsstellen für den Körperschall aufgebaut werden können. Unterschiedliche Materialien können beispielsweise auch durch unterschiedliche Schäumung eines Grundmaterials erzielt werden.
Sind Nuten in Längsrichtung der Schwelle vorgesehen, wobei die zwischen diesen liegenden Stegen Durchbrechungen aufweisen, so kann über diese Durchbrechungen die unterschiedliche Verformbarkeit bedingt sein.
Sind die Durchbrechungen der Stege an den Bereichen vorgesehen, die an den Bereichen geringerer gummielastischer Verformbarkeit anschliessen, so kann mit geringstem Aufwand, beispielsweise in den Formen zur Herstellung von derartigen Zwischenlagen, die unterschiedliche gummielastische Verformbarkeit realisiert werden, wobei weiters eine besondere leichte Entnahme der Zwischenlagen aus der Form erreicht werden kann. Weiters weist eine derartige Zwischenlage eine besonders hohe Lebensdauer auf.
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Sind die Durchbrechungen stufenförmig mit Zunahme der Entfernung zum Bereich geringerer Verformbarkeit grösser, so kann eine quasi kontinuierliche Zunahme der gummielastischen Verformbarkeit in den beiden Randbereichen der Zwischenlage erreicht werden.
Weisen die Nuten eine Bodenfläche auf, welche dieselbe Entfernung zu der Schwelle aufweisen, wie eine Bodenfläche der Druchbrechung oder Sacklöcher, so wird ab einer bestimmten Einfederung der Schwelle einer weiteren Einfederung eine über die gesamte Fläche der Zwischenlage in etwa gleicher Widerstand gegen die weitere Verformung entgegengesetzt.
Weisen die Durchbrechungen und/oderSacklöcher Erhebungen auf, die im unbelasteten Zustand der Schwelle nicht bis zu dieser reichen, so kann durch die Erhebungen bewirkt werden, dass zumindest zwei unterschiedliche Bereiche der Einfederung, u. zw. Einfederung der Schwelle bis zu den Erhebungen und dann unter Deformation der Erhebungen erhalten werden können.
Liegt die Zwischenlage am Untergrund plan auf, so kann eine Zerstörung durch Eindringen von Verunreinigungen, Sandkörnchen, Splitt od. dgl., zwischen Zwischenlage und Untergrund besonders einfach vermieden werden.
Weist die Zwischenlage, insbesondere im Bereich der geringeren gummielastischen Verformbarkeit, eine Gewebeeinlage, z. B. mit Stahlcord oder Textilcord, auf, so kann eine Formänderung in Richtung der Gewebeeinlage begrenzt werden, wobei gleichzeitig eine Beeinflussung der Lebensdauer erreicht werden kann und die Kraftaufnahme erhöht sowie die Weiterreissfestigkeit des gummielastischen Materials besonders wirksam verringert werden kann.
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Die erfindungsgemässe Zwischenlage, gegebenenfalls Schwellenschuh, insbesondere für einen Gleisoberbau des schienengeleiteten Verkehrs, welche mit einem gummielastischen Material aufgebaut ist, wobei Bereiche unterschiedlicher gummmielastischer Verformbarkeit vorgesehen sind, besteht im wesentlichen darin, dass, bezogen auf die Längsrichtung der Zwischenlage, zumindest ein, insbesonderer mittlerer, Bereich, mit geringerer gummielastischer Verformbarkeit vorgesehen ist und gegebenenfalls beidseitig zu demselben, Bereiche mit höherer gummielastischer Verformbarkeit angeordnet sind.
Mit einer derartigen Zwischenlage, insbesondere einem Schwellenschuh, kann sowohl die geringe Weiterleitung des Körperschalles als auch die erforderliche Einfederung der Schwelle erreicht werden, wobei gleichzeitig die Biegebeanspruchungen der Schwellen geringer gehalten werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Gleisoberbau, Fig. 2 den Untergrund ohne Schwellen in Draufsicht gemäss Fig. l, Fig. 3 ein Diagramm über die Durchbiegung von Schwellen, Fig. 4 einen Schwellenschuh in Draufsicht und die Fig. 5 und 6 Schnitte gemäss der Linien V - V und VI. VI der Fig. 4,
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Fig. 7 und 8 in einem Schnitt durch eine Zwischenlage in Längsrichtung zur Schwelle, Fig. 9 eine weitere planparallele Zwischenlage mit Sachlöchern, Fig. 10 einen Schnitt durch die Zwischenlage gemäss Fig. 9 entsprechend der Linie X - X und Fig. 11 einen Querschnitt durch die Zwischenlage gemäss Fig. 9 entsprechend der Linien XI-XI.
Der in Fig. 1 dargestellte Gleisoberbau weist einen Unterbetön 1 mit Ausnehmungen 2 auf, wobei in den Ausnehmungen 2 über Schwellenschuhe 3 die Schwelle 4 aus Stahlbeton ruht. Die Schwelle kann aus anderen Materialien, wie beispielsweise Polyurethanhartschaum, Polyesterbeton, aber auch aus Metall bestehen.
Auf der Schwelle ruhen Schienen 5 über ihren Schienenfuss 6 und einer Zwischenlage 7 auf. Die Schienen sind über nicht dargestellte Winkelplatten und Schrauben sowie Schienenklammern mit der Schwelle lösbar verbunden. Die Schwelle ruht, wie bereits ausgeführt, über den Schwellenschuh 3 auf dem Unterbeton 1 auf.
Der Schwellenschuh weist drei planparallele Bereiche 8,9 und 10 auf, die eine unterschiedliche gummielastische Verformbarkeit besitzen. Der Bereich 8, welcher unterhalb des Schienenfusses 6 vorgesehen ist, besitzt eine wesentlich geringere gummielastische Verformbarkeit als die daran schliessenden Bereiche 9, 10 mit einer grösseren gummielastischen Verformbarkeit.
In Fig. 2 sind die nebeneinander angeordneten Ausnehmungen 2 zur Aufnahme der hier nicht dargestellten Schwellenschuhe und Schwellen im Unterbeton 1 besonders deutlich ersichtlich. Die Ausnehmungen sind nach oben und zur Gleismitte hin offen
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ausgebildet und so dimensioniert, dass sie die Enden der Schwellen unter Einschluss der Schwellenschuhe aufnehmen können.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm von der Einfederung einer Schwelle bei Belastung, wobei S die Lage der Schienen, welche einen Abstand von 1. 450 mm aufweisen. 0 bedeutet die Lage der Unterkante der Schwelle bei keiner Belastung, strichliert ist die Lage der Unterfläche bei in Längsrichtung gleichmässiger gummielastischer Verformbarkeit dargestellt, wohingegen die strichpunktierte Linie die Deformation der unteren Schwellenfläche dargestellt ist, mit einem Schwellenschuh gemäss Fig. 4.
Wie deutlich ersichtlich, tritt bei Belastung der Schwelle ein maximales Einfedern der Schwellenunterseite um 2 mm ein, wobei die Endbereiche der Schwelle und der Mittelbereich der Schwelle lediglich um l mm einfedern. Demgemäss liegt eine starke Deformation und zugmässige Beanspruchung der Schwelle vor. Bei der erfindungsgemässen Ausbildung des Gleisoberbaues tritt auch eine Einfederung um 2 mm ein, wobei die Endbereiche der Schwellen und der Mittelbereich der Schwelle um ca. 1, 8 mm einfedern, wodurch eine wesentlich geringere Biegespannung der Schwelle gegeben ist. Gleichzeitig wird durch die modifizierte Biegelinie der Schwelle auch eine Änderung der Resonanzfrequenz bei annähernd gleicher Einspannlänge, also im wesentlichen Abstand der Auflagepunkte unterhalb des Schienenfusses erreicht.
Der in Fig. 4 in Draufsicht dargestellte Schwellenschuh 3 weist einen mittleren Bereich 8, welcher unterhalb des Schienenfusses zu liegen kommt und anschliessende Bereiche 9, 10 auf. Der mittlere Bereich 8 weist, wie besonders deutlich in Fig. 5 ersichtlich, durchgehende Stege 11 auf, wohingegen in den anschliessenden Bereichen 9 und 10 Durchbrechungen 12 der Stege vorgesehen sind, durch welche unterschiedlich grosse Stegteile 13 gebildet
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sind. Die an die Schwelle anliegenden Teile des Schwellenschuhes weisen Nuten 14 auf.
Wie in Fig. 6 ersichtlich, werden durch die Stegteile 13 bzw.
Stege 11 weitere Nuten 15 gebildet.
Die in Fig. 7 dargestellte Zwischenlage 16 weist einen mittleren Bereich 8 aus Gummi mit Shorehärte 40 bis 90 auf, der sich in seinem unteren Teil in die Bereiche 9 und 10 erstreckt. In den Bereichen 9 und 10 ist ein weiterer Gummi mit einer Shorehärte 40 bis 90 vorgesehen, womit der Bereich 8 wesentlich schwerer gummielastisch deformierbar ausgebildet werden kann als die Bereiche 9, 10.
Der Übergang von dem härteren gummielastischen Material in den weiteren gummielastischen Mateial muss nicht stufenförmig, wie in Fig. 7 dargestellt, sondern kann auch keilförmig, wie hier im Schnitt dargestellt, erfolgen. Sowohl ein stufenförmiger als auch ein kontinuierlicher Übergang kann beispielsweise auch durch entsprechendes Schäumen des Materials erreicht werden.
Die in Fig. 9 in Ansicht von oben gezeigte Zwischenlage 16 weist in den Bereichen 9 und 10 Sacklöcher 17 auf, in welchen Erhebungen 18 vorgesehen sind.
Wie besonders deutlich im Schnitt der Fig. 10 zu sehen, ist die Bodenfläche 19 des Sackloches 17 tiefer angeordnet als die Stirnfläche 20 der Erhebung 18, so dass im unbelasteten Zustand der Schwelle die Stirnfläche 20 der Erhebung 18 nicht an der Schwelle zum Anliegen kommt. Bei Belastung der Schwelle tritt, wenn die Schwelle soweit einfedert, dass sie auch auf der Stirnfläche der Erhebungen zum Anliegen kommt, ein grösserer Widerstand gegen
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die Deformation auf, so dass dem Einfedern ein grösserer Widerstand sodann entgegengesetzt wird.
Um die Formbeständigkeit der Zwischenlage zu erhöhen, kann, wie in Fig. 1 I dargestellt, im mittleren Bereich eine Gewebelage 21, z. B. aus Stahlcord oder Textilcord, vorgesehen sein. Diese kann, falls erwünscht, sich auch über die anderen Bereiche erstrecken.
Um eine Einfederung des mittleren Bereiches 8 um 2 mm zu erreichen, ist eine Beaufschlagung mit etwa 60 N/cm2 bis 80 N/cm2 erforderlich, wohingegen bei den Bereichen 9 und 10 eine Beaufschlagung mit etwa 25 N/cm2 bis 30 N/cm2 eine Einfederung von 2 mm bewirkt.
Die Zwischenlage kann auch entlang der gesamten Unterfläche der Schwelle vorgesehen sein, wobei dann zwei Bereiche, welche jeweils unterhalb der Schienenfüsse vorgesehen sind, eine geringere gummielastische Verformbarkeit aufweisen als die anschliessenden Bereiche. Falls drei oder mehr Schienen auf einer Schwelle angeordnet sind, wie beispielsweise im Bereich einer Weiche, können mehrere derartige Bereiche mit geringerer gummielastischer Verformbarkeit vorgesehen sein, wobei auch die Möglichkeit besteht, derartige Zwischenlagen in Längsrichtung zur Schwelle in Abstand zueinander anzuordnen und beispielsweise durch Klebung mit der Schwelle zu verbinden.
Als Materialien für die Zwischenlagen sind natürliche und künstliche Stoffe, wie Gummi, Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid od. dgl., geeignet.