Vorrichtung zur Befestigung von Schienen auf Schwellen, insbesondere Betonschwellen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestig- gung von Schienen auf Schwellen, insbesondere Beton schwellen, mit seitlich neben der Schiene angeordneten, in die Schwellenoberseite eingelassenen Führungsplatten, die mittels unnachgiebig in der Schwelle verankerter Schrauben über ein Klemmstück, das auf die Führungs platte drückt, auf die Schwelle gepresst werden.
Konstruktionen mit seitlichen Führungsplatten sind seit langem bekannt. Sie streben meist gegenüber Kon struktionen mit durchgehender Unterlagsplatte (z.B. Rip penplatte) eine Verbilligung an. Sie konnten sich aber bis jetzt nicht durchsetzen.
Diese Führungsplatten, die im Schwellenwerk farbik- mässig aufgebracht werden, ermöglichen eine schnelle und genaue Montage der Schiene; sie sollen aber auch die von der Schiene kommenden, recht grossen Seiten kräfte einwandfrei aufnehmen und auf den Betonkörper übertragen und sollen ferner aus Gründen der gewünsch ten Rahmensteifigkeit des Gleises mithelfen, eine hohe Verdrehungsfestigkeit Schiene-Schwelle in der Horizon talebene zu erzeugen.
Im Gegensatz zur durchgehenden Rippenplatte, die aus Kostengründen schmal gehalten wird, erlauben die seitlichen Führungsplatten, die gesamte Betonschwellen breite für die Lagerung der Schiene auszunützen; das zur Stossdämpfung nötige elastische Zwischenglied unter der Schiene (z.B. Gummiplatte) kann dann grösser werden. Das ist deswegen von Bedeutung, weil Schläge unrunder Räder auf harte Schienen besonders bei Kälte eine wirksame Abfederung brauchen.
Die bisherigen Konstruktionen mit Führungsplatten haben entweder in technisch-mechanischer Hinsicht nicht voll befriedigt, oder sie brachten keine Verbilligung, oder sie litten unter beiden Mängeln.
Presst man eine ebene Führungsplatte lediglich mit Schraubendruck direkt oder indirekt auf die Schwellen oberfläche, dann wird zunächst nur die Reibung zwi schen Führungsplatte und Schwellenoberfläche sich der von der Schiene kommenden Seitenkraft widersetzen. Dieser Reibungswiderstand ist jedoch nicht allzu gross. Er ist von der Schraubenkraft abhängig und diese darf einen durch die Tragkraft von Dübel und Klemmstück bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Es ist nicht zu vermeiden, dass der Reibungswiderstand allmählich kleiner wird und schliesslich ganz verschwindet, wenn sich die Schraube z.B. durch Nachgeben des Dübels lockert.
Die Seitenkraft muss in diesem Fall von der Schraube allein aufgenommen werden, wobei sie zusätz lich auf Biegen und Abscheren beansprucht wird. Kleine Bewegungen des gelockerten Gebildes verursachen Ver- schleiss, hauptsächlich am Schraubenschaft, was den Bruch der Schraube bekanntlich fördert.
Legt man unter gleichen Umständen die ebene Füh rungsplatte in eine flache Ausnehmung der Schwellen decke und lässt sie sich am unbewehrten Betonkörper abstützen, so kann es dort leicht zum Ausbrechen von Beton kommen; die Stützstelle wird abgeschert, insbeson dere wenn bei gelockertem Zustand der Befestigung die gesamte horizontal wirkende Seitenkraft auf den Beton zukommt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu grunde, eine Vorrichtung zur Befestigung von Schienen der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die einfach ein- und ausgebaut werden kann, billig in der Herstellung und Unterhaltung ist, zuverlässig die Spannung hält und den auftretenden Seiten- und Verdrehungskräften ein wandfrei widersteht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss in der Weise, dass die Führungsplatten an der Unterseite des der Schiene abgewandten Endes eine sich über mindestens einen Teil ihrer Breite erstreckende, am Schwellenkörper anliegende, ebene Schrägfläche aufwei sen.
Das Ziel ist, alle auftretenden horizontalen Seiten kräfte durch eine zuverlässig stets vorhandene hohe Schraubenzugkraft stark abzulenken, so dass die Resul tierende mit erheblicher Schräge gegen das Innere des z.B. aus Beton gebildeten Schwellenkörpers gerichtet wird. Formt man die Führungsplatte so, dass die Resul tierende etwa lotrecht als Normalkraft auf eine genügend grosse Übertragungsfläche wirkt, so können sehr hohe Seitenkräfte ohne Zerstörungsgefahr auch vom unbewehr- ten Betonkörper aufgenommen werden. Man kann die angestrebte Wirkung dadurch leichter erreichen, dass man die Schwellenschrauben schräg an ordnet.
Man gibt gewissermassen der Befestigungskon struktion eine Vorspannung nach innen, gegen die Schie ne zu.
Die Führungsplatten werden, um wirtschaftlich zu sein, zweckmässig aus einem stählernen Walzprofil gefer tigt. Selbstverständlich kann man sie aber auch als Schmiedestück oder aus Stahlguss bzw. Kunststoff her stellen.
Als Schwellenschraube kann man eine durchgesteckte Schraube oder die bekannte Hammerkopfschraube be nützen, die am oder im Inneren des Schwellenkörpers eine unnachgiebige Verankerung findet. Die Hammer kopfschraube wird von oben mit ihrem Kopf in den Schwellenkörper eingeführt, der dann im Inneren des Schwellenkörpers in einer einbetonierten, gelochten Plat te unnachgiebig einhakt. An diesem Festpunkt ist die Schraube schwenkbar in Schwellenachse. Dieser Um stand ermöglicht die Befreiung des Schraubenschaftes von Biegungs- und Abscherungsbeanspruchung.
Benützt man ein elastisches Klemmstück, so besteht die sehr vorteilhafte Möglichkeit, den Federweg des Klemmstückes durch einen Anschlag an der Führungs platte zu begrenzen. -Der Vorteil liegt einerseits in der leichten Handhabung der Konstruktion in der Praxis (keine Gefahr, das Klemmstück durch Unachtsamkeit beim Anziehen der Schraube plastisch zu verformen) und andererseits in der Möglichkeit, eine sehr grosse Schrau benzugkraft zu entwickeln (viel grösser als sie zum Niederdrücken des Klemmstückes in der Endlage erfor derlich ist). Die Kraftsteigerung schadet dem Klemm stück nicht und kommt voll der Führungsplatte zugute. Das Nachspannen der Schraube ist einfach.
Um auch die Schraubenkraft von der Mutter auf das Klemmstück zentrisch einzuleiten, ist es vorteilhaft, ent weder das Klemmstück an dieser Stelle gewölbt auszu führen oder ein gewölbtes steifes Bauglied zusätzlich unter die Mutter zu legen.
In manchen Fällen der Praxis wird es erwünscht sein, die Führungsplatte und die Verschraubung so zu gestal ten, dass sowohl elastische Klemmstücke als auch steife Klemmplatten mit Federring austauschbar aufgebracht werden können. Man kann dann bei diesen in Einzeltei len austauschbaren Schienenbefestigungen in geraden Gleisabschnitten, wo geringere Seitenkräfte zu erwarten sind, mit den etwas billigeren steifen Klemmplatten auskommen, in gekrümmten Gleisabschnitten jedoch elastische Klemmstücke verwenden, mit der Möglichkeit der grösseren Schraubenkrafteinleitung (wichtig wegen der Aufnahme der Seitenkräfte) und des grösseren Feder weges (wichtig im Hinblick auf die elastische und auch plastische Verformung der Zwischenlage unter der Schie ne).
Dabei kann im Bedarfsfalle auch eine kürzere Schraube eingewechselt werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Schienenbefestigung nach der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 eine Schienenbefestigung mit partiell winkelförmiger Führungsplatte, steifer Klemmplatte und Federring, Fig. 3 und 4 eine solche mit elastischem Klemmstück und Druckring, Fig. 5 und 6 eine Schienenbefestigung mit Rippenfüh- rungsplatte, elastischer Klemmplatte und Beilagestück, Fig.7 und 8 eine solche mit plastischem Klemm stück,
Fig. 9 und 10 eine Schienenbefestigung mit S-förmi- gem, elastischen Klemmstück und muldenförmigem Füh rungsblech und Fig. 11 und 12 eine ähnliche mit muldenförmiger Führungsplatte und schräg gerichteter Schraube.
Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei spiel liegt die Schiene 1 auf der Betonschwelle 2 auf einer über die ganze Schwellenbreite reichenden elastischen Zwischenlage 3. Die teilweise winkelförmige Führungs platte 4 liegt, als Walzprofil gesehen, parallel zur Schiene und wird durch die Befestigungsschraube 5 über die steife Klemmplatte 6, deren äussere Randaufbiegung 7 auf die obere Einbuchtung 8 der Führungsplatte und deren innere Randaufbiegung 9 auf den Schienenfuss drücken, auf der Schwelle befestigt. Zur Sicherung der Schraubenspannung ist unter der Mutter 10 ein hoch spannender Federring 11 eingelegt.
Die Art der Lagerung verhindert ein Verdrehen oder Verschieben der Klemm platte. Das winkelförmige Profil mit seiner Öffnung nach oben hat starke Schrägneigungen 12 und 13 nach beiden Seiten. Die Einlassung in die Oberseite der Betonschwel len ist zur Vermeidung einer Schwächung der Tragfähig keit der Schwelle relativ gering, aber doch so stark und ausgeprägt, dass ein hoher Verdrehungswiderstand er reicht wird. Der äussere, sehr schräg gehaltene Teil 14 der Führungsplatte stützt sich mit seinem Ende sogar gegen einen kleinen Höcker 15 der Betonschwelle ab. Die Schräge entspricht dem Wunsche, die Kraftresultierende etwa lotrecht aufzunehmen.
Anstelle der steifen Klemmplatte kann gemäss Fig. 3 und 4 auch ein W-förmig gebogener Stab als elastisches Klemmstück 16 eingelegt werden, wobei unter die Mutter der Befestigungsschraube sodann zweckmässig ein Druckring 17 eingelegt wird. Die seitlichen Schenkel 18 drücken dabei auf den Schienenfuss; die mittlere Schlau fe 19 umschlingt den Schraubenschaft; die äusseren Biegungen 20 sind etwas heruntergezogen, stützen sich auf der oberen Einbuchtung der Führungsplatte auf und verhindern ein Verdrehen oder Verschieben des Klemm stückes. Die mittlere Schlaufe 21 ist etwas gewölbt, um die Schraubenkraft möglichst zentrisch einzuleiten.
Schwellen und seitliche Führungsplatten sind bei beiden Konstruktionen die gleichen, wodurch die Austauschbar- Iceit gewährleistet ist.
Bei zwei weiteren Beispielen gemäss Fig. 5 bis 8 liegt die Rippenführungsplatte 22 als Walzprofil gesehen senkrecht zur Schiene und ist leicht nachgeschmiedet. Sie trägt auf der Unterseite Rippen 23 parallel zur Schwel lenachse. Diese verhindern das Verdrehen; die schmalen Ausnehmungen in der Schwellendecke schwächen die Biegefähigkeit der Schwelle nur geringfügig. Die äusseren Enden 24 der, Rippen werden so abgeschrägt, dass die Kraftresultierende günstig in den Betonkörper eingeleitet wird.
Auch bei diesen Konstruktionen kann wahlweise eine elastische Federklemmplatte 25 in Verbindung mit einem Beilagestück 26 oder ein W-förmig gebogenes, elastisches Klemmstück 27 eingelegt werden. Die Sicherung gegen Verdrehen und Verschieben von Klemmplatte und Klemmstück erfolgt jeweils durch die Leiste 28 der Führungsplatte. Die Ausbildung des W-förmigen Klemmstückes gleicht jener von Fig. 3 und 4, ist jedoch aussen nicht so stark abgewinkelt. Schwellen und seitliche Führungsplatten sind auch bei diesen beiden Konstruk tionen die gleichen.
In den Fig. 9 bis 12 sind schliesslich Schienenbefesti gungen dargestellt mit S-förmigen elastischen Klemm stücken. In Fig. 9 und 10 ist die Schwellendecke bei 29 muldenförmig ausgenommen und ein gleichartig geform tes Führungsblech 30 eingelegt, welches mit seiner inne ren, senkrechten Aufbiegung 31 der Schiene als Führung dient.
In dieses Muldenblech wird ein gerolltes, dreifach elastisches, S-förmiges Klemmstück 32 eingelegt, welches an seinen drei Auflager- und Druckstellen 33, 34 und 35 zusätzliche Bombierungen aufweist und mittels der Schraubenmutter 36 verspannt wird, bis sich sein senk rechtes Stegteil 37 fest auf dem Führungsblech abstützt. Der hierdurch erzielbare gesamte Federweg ist dadurch vergrössert. Die Sicherung gegen Verdrehung erfolgt durch zwei am Ende des Führungsbleches aufgebogene Lappen 38.
In Fig. 11 und 12 ist die muldenförmige Führungs platte ein ungleichschenkeliges und an der Oberseite leicht abgerundetes Walzenprofil 39, welches in die Schwellenoberseite satt eingebettet ist. Die Schwellen schraube 40 ist schräg angeordnet, um der Konstruktion eine wirksame Vorspannung nach innen, gegen die Schiene zu verleihen. Das S-förmige Klemmstück 41 besitzt ebenfalls drei ausgeprägte Auflager- und Druck stellen 42, 43 und 44.
Die Schwächung durch das Loch im Federblech wird durch Beigabe eines weiteren Feder- bleches 45 ausgeglichen und die Federung im Mittelteil der Klemme wird vorteilhaft verstärkt. Das zusätzliche Federblech ist an seinem unteren Ende 46 der Biegung des Klemmstückes angepasst und an seinem oberen Ende 47 umgelappt, wodurch die Verdreh- und Verschiebesi cherheit der Konstruktion gewährleistet ist.
Unter die Schraubenmutter 48 ist ein der Rundung des Federblattes angeglichenes Druckstück 49 eingelegt, um die Druck kraft auf die ganze Federbreite zu verteilen und seine Richtung in Schraubenachse sicherzustellen. Um die Einlassung in die Schwellenoberseite zur Vermeidung der Tragkraftschwächung der Schwelle gering zu halten, sind auf der Schwelle kleine Höcker 50 aufbetoniert.
Device for fastening rails on sleepers, in particular concrete sleepers The invention relates to a device for fastening rails on sleepers, in particular concrete sleepers, with guide plates arranged laterally next to the rail and embedded in the sleeper top, which are overridden by screws that are rigidly anchored in the sleeper a clamping piece that presses on the guide plate can be pressed onto the threshold.
Constructions with lateral guide plates have long been known. They usually aim to make them cheaper than constructions with a continuous production board (e.g. ribbed board). But they have not been able to assert themselves until now.
These guide plates, which are applied in color in the sleeper factory, enable the rails to be installed quickly and precisely; But they should also properly absorb the fairly large lateral forces coming from the rail and transfer them to the concrete body and should also help to create a high torsional strength rail-sleeper in the horizontal plane for reasons of the desired frame stiffness of the track.
In contrast to the continuous ribbed plate, which is kept narrow for cost reasons, the lateral guide plates allow the entire concrete sleeper width to be used for the storage of the rail; the elastic intermediate link under the rail (e.g. rubber plate) required for shock absorption can then be larger. This is important because impacts by out-of-round wheels on hard rails need effective cushioning, especially in the cold.
The previous designs with guide plates were either not fully satisfactory from a technical and mechanical point of view, or they were not cheaper, or they suffered from both deficiencies.
If you press a flat guide plate directly or indirectly onto the sleeper surface with screw pressure, only the friction between the guide plate and sleeper surface will initially oppose the lateral force coming from the rail. However, this frictional resistance is not too great. It depends on the screw force and this must not exceed a limit value determined by the load-bearing capacity of the dowel and clamping piece. It cannot be avoided that the frictional resistance gradually decreases and finally disappears completely when the screw e.g. loosens by yielding the dowel.
In this case, the side force must be absorbed by the screw alone, and it is additionally subjected to bending and shearing forces. Small movements of the loosened structure cause wear, mainly on the screw shaft, which is known to promote screw breakage.
If, under the same circumstances, the flat guide plate is placed in a flat recess in the sleepers ceiling and it can be supported on the unreinforced concrete body, concrete can easily break out there; the support point is sheared off, in particular if the entire horizontally acting lateral force is applied to the concrete when the fastening is loosened.
The invention is based on the object of creating a device for fastening rails of the type specified above, which can be easily installed and removed, is cheap to manufacture and maintain, reliably maintains tension and the lateral and twisting forces that occur a wall-free resists.
This object is achieved according to the invention in such a way that the guide plates on the underside of the end facing away from the rail have a flat inclined surface extending over at least part of their width and resting on the sleeper body.
The aim is to strongly deflect all occurring horizontal side forces by a reliably always available high screw tensile force, so that the resultant with a considerable incline against the interior of the e.g. sleeper body formed from concrete is directed. If the guide plate is shaped so that the resultant acts approximately perpendicularly as a normal force on a sufficiently large transfer surface, very high lateral forces can also be absorbed by the unreinforced concrete body without the risk of destruction. You can achieve the desired effect more easily by arranging the sleeper screws at an angle.
To a certain extent, the fastening construction is pretensioned towards the inside, against the rail.
In order to be economical, the guide plates are expediently made of a rolled steel profile. Of course, they can also be made as a forging or made of cast steel or plastic.
As a sleeper screw, you can use a push-through screw or the well-known hammer head screw that finds a rigid anchoring on or inside the sleeper body. The hammer head screw is inserted from above with its head into the sleeper body, which then unyieldingly hooks inside the sleeper body in a concreted, perforated plate. At this fixed point, the screw can be pivoted in the threshold axis. This in order enables the screw shaft to be freed from bending and shearing stress.
If you use an elastic clamping piece, there is the very advantageous possibility of limiting the spring travel of the clamping piece by a stop on the guide plate. -The advantage lies on the one hand in the easy handling of the construction in practice (no risk of plastically deforming the clamping piece by carelessness when tightening the screw) and on the other hand in the possibility of developing a very large screw pulling force (much greater than that required for pressing down) of the clamping piece is required in the end position). The increase in force does not damage the sprag and fully benefits the guide plate. Retightening the screw is easy.
In order to also initiate the screw force centrally from the nut on the clamping piece, it is advantageous to lead ent neither the clamping piece arched trainees at this point or to put an arched rigid member in addition under the nut.
In some cases in practice it will be desirable to design the guide plate and the screw connection so that both elastic clamping pieces and rigid clamping plates with spring washers can be applied interchangeably. With these individually replaceable rail fastenings in straight track sections where lower side forces are to be expected, you can get by with the somewhat cheaper stiff clamping plates, but in curved track sections you can use elastic clamping pieces with the possibility of greater screw force introduction (important because of the absorption of the side forces ) and the greater spring travel (important with regard to the elastic and also plastic deformation of the intermediate layer under the rail).
If necessary, a shorter screw can also be changed.
Some embodiments of the rail fastening according to the invention are shown in the drawings. 1 and 2 show a rail fastening with a partially angular guide plate, rigid clamping plate and spring washer, FIGS. 3 and 4 one with an elastic clamping piece and pressure ring, FIGS. 5 and 6 a rail fastening with rib guide plate, elastic clamping plate and shim, 7 and 8 such with a plastic clamping piece,
9 and 10 show a rail fastening with an S-shaped, elastic clamping piece and a trough-shaped guide plate and FIGS. 11 and 12 a similar one with a trough-shaped guide plate and an obliquely directed screw.
In the game Ausführungsbei shown in Fig. 1 and 2, the rail 1 is on the concrete sleeper 2 on a stretching over the entire sleeper width elastic intermediate layer 3. The partially angular guide plate 4 is seen as a rolled section, parallel to the rail and is through the fastening screw 5 is fastened to the sleeper via the stiff clamping plate 6, the outer edge bend 7 of which presses onto the upper indentation 8 of the guide plate and the inner edge bend 9 presses onto the rail foot. To secure the screw tension, a high tension spring washer 11 is inserted under the nut 10.
The type of storage prevents twisting or displacement of the clamping plate. The angular profile with its opening at the top has steep inclines 12 and 13 on both sides. The recess in the top of the concrete sleepers is relatively small in order to avoid a weakening of the load-bearing capacity of the sleeper, but it is so strong and pronounced that a high torsional resistance is sufficient. The outer, very inclined part 14 of the guide plate is supported with its end even against a small hump 15 of the concrete sleeper. The slope corresponds to the wish to absorb the force resulting approximately perpendicularly.
Instead of the rigid clamping plate, according to FIGS. 3 and 4, a rod bent in a W-shape can also be inserted as an elastic clamping piece 16, a pressure ring 17 then expediently being inserted under the nut of the fastening screw. The side legs 18 press on the rail foot; the middle loop fe 19 wraps around the screw shaft; the outer bends 20 are pulled down slightly, are supported on the upper indentation of the guide plate and prevent twisting or displacement of the clamping piece. The middle loop 21 is slightly curved in order to introduce the screw force as centrally as possible.
Thresholds and lateral guide plates are the same in both constructions, which ensures that the Iceit is interchangeable.
In two further examples according to FIGS. 5 to 8, the rib guide plate 22, viewed as a rolled profile, lies perpendicular to the rail and is slightly re-forged. It carries on the underside ribs 23 parallel to the Schwel lenachse. These prevent twisting; the narrow recesses in the sleeper ceiling only slightly weaken the flexibility of the sleeper. The outer ends 24 of the ribs are beveled in such a way that the resulting force is introduced favorably into the concrete body.
In these constructions, too, an elastic spring clamping plate 25 in connection with a shim 26 or an elastic clamping piece 27 bent in a W-shape can optionally be inserted. The clamping plate and the clamping piece are secured against twisting and shifting in each case by the bar 28 of the guide plate. The design of the W-shaped clamping piece is similar to that of FIGS. 3 and 4, but is not so strongly angled on the outside. Thresholds and side guide plates are the same for these two constructions.
In Figs. 9 to 12 rail fastenings are finally shown with S-shaped elastic clamping pieces. In Fig. 9 and 10, the sleeper ceiling is trough-shaped excepted at 29 and a similarly shaped guide plate 30 is inserted, which serves with its inne Ren, vertical bend 31 of the rail as a guide.
In this trough plate a rolled, triple elastic, S-shaped clamping piece 32 is inserted, which has additional crowns at its three support and pressure points 33, 34 and 35 and is clamped by means of the screw nut 36 until its perpendicular web part 37 is firmly on supported by the guide plate. The total spring travel achievable in this way is increased as a result. The protection against rotation is provided by two tabs 38 bent up at the end of the guide plate.
In Fig. 11 and 12, the trough-shaped guide plate is a non-isosceles and slightly rounded on the top roller profile 39, which is fully embedded in the sleeper top. The sleeper screw 40 is inclined to give the structure an effective inward bias against the rail. The S-shaped clamping piece 41 also has three pronounced support and pressure points 42, 43 and 44.
The weakening caused by the hole in the spring plate is compensated for by adding a further spring plate 45 and the springing in the middle part of the clamp is advantageously reinforced. The additional spring plate is adapted to the bend of the clamping piece at its lower end 46 and folded over at its upper end 47, which ensures that the construction is secure against rotation and displacement.
Under the nut 48, a pressure piece 49 matched to the curvature of the spring leaf is inserted in order to distribute the pressure force over the entire width of the spring and to ensure its direction in the screw axis. In order to keep the recess in the upper side of the sleeper small to avoid the weakening of the load-bearing capacity of the sleeper, small bumps 50 are concreted on the sleeper.