DD287968A5 - Stahlschiene - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stahlschiene, an der ein Verbundkoerper fuer das Aufnehmen der Schwingungsenergie gesichert ist, wodurch der Laerm reduziert wird, der durch den Fahrzeugverkehr auf der Schiene erzeugt wird. Der Verbundkoerper besteht aus einem viskoelastischen Daempfungsmittel, das mit sowohl der Schiene als auch einem Begrenzungsteil, beispielsweise ein Stahlband, das im wesentlichen hinsichtlich der Zugspannung steifer ist als das Daempfungsmittel, verbunden und dazwischen schichtweise angeordnet ist. Fig. 1{Stahlschiene; Verbundkoerper; Aufnahme; Schwingungsenergie; Laermreduzierung; Verbund; viskoelastisches Daempfungsmittel; Begrenzungsteil-Stahlband}

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Stahlschiene für Eisenbahnen und insbesondere die Verringerung des Rad/Schienenlärms, der bei diesen entsteht.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Vergleichbare Lösungen aus dem Stand der Technik konnten nicht ermittelt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von Stahlschienen der gattungsgemäßen Art auf kostengünstige Weise zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lärmdämpfende Stahlschiene für Eisenbahnen zu entwickeln und bereitzustellen.

Erfindungsgemäß umfaßt die vorliegende Erfindung eine Stahlschiene, an der ein Verbundkörper für das Aufnehmen der Schwingunßsenergle gesichert ist, die durch den Fahrzeugverkehr auf der besagten Schiene erzeugt wird, wobei der Verbundkörper ein Dämpfungsmittel einschließt, das sowohl an die Schiene als auch ein Begrenzungstsil, das im wesentlichen hinsichtlich der Zugspannung steifer ist als das Dämpfungsmittel, gebunden und dazwischen schichtweise angeordnet ist Die Schiene zeigt vorzugsweise eine verringerte Höhe, verglichen mit dem „Standardquerschnitt" derartiger Schienen für einen üblichen Oberbau, wodurch weiterhin die Vorzüge dieser Erfindung unterstützt werden. Der Verbundkörper ist vorzugsweise längs des Verlaufs der Schiene kontinuierlich; als Dämpfungsmittel kann ein viskoelastisches Material vei wendet werden, und es kann an einer oder beiden Seiten des Steges und/oder den oberen Seiten des Fußes und/oder um den größten Teil der nicht das Rad berührenden Teile dos Kopfes herum und/oder natürlich an der Unterseite des Fußes gesichert worden. Das Begrenzungsteil kann ein Stahlband sein, oder, wo das Dämpfungsmittel auf die Unterseite des Fußes aufgebracht wird, kann das Beprenzungsteil das kontinuierliche Gleislager selbst sein, beispielsweise ein gepflasterter (Beton-) Unterbau.

Es ist bekannt, daß derZuglärm etwa gleichermaßen durch die Räder und die Schienen, auf denen sie rollen, entsteht, und diese Erfindung ist dazu bestimmt, daß der Beitrag der Schienen zum Gesamtwert reduziert wird. Die Lärmausstrahlung von den Schienen erstreckt sich normalerweise über einen Frequenzbereich von etwas unterhalb 250Hz bis höchstens BkHz. Nimmt man eine Reduzierung des Schienenlärms in Angriff, dann ist es wünschenswert, die effektive Ausstrahlungslänge der Schiene zu reduzieren, d. h. die Schwingungsabklingrate mir dem Abstand längs der Schiene betreffs der Wellenbewegungen, die sich längs der Schiene von der Rad/Schiene-Kontaktposition aus fortpflanzen, zu erhöhen. Für diesen Zweck zeigt die Anwendung der eingezwängten Schicht des Dämpfungsmatei i?!s in der vorangehend angegebenen Weise eine sehr vorteilhafte Wirkung oberhalb einer Frequenz von etwa 2 kHz, wo sie diese Bewegung dämpft, insbesondere bei der Ausführung, wo die Fußbewegung gedämpft wird, die in zunehmendem Maße die dominierende Ausstrahlungskomponente ist. Betrachtet man jetzt die Frequenzen unterhalb dieses Niveaus, so hängt der Lärmausstrahlungswirkungsgrad einer schwingenden Schiene (Eisenbahnschiene) von ihrer projektierten Breite/Tioiö ab, verglichen mit der Wellenlänge des Schalls in Luft bei der betreffenden Frequenz. Eine wirksame Ausstrahlt ng findet nur statt, wenn der „effektive Durchmesser" der Schiene größer ist als die Wellenänge - wenn die projektierte Breite/Tiefe bedeutend kleiner ist als die Wellenlänge, nimmt der Ausstrahlungswirkungsgrad drastisch ab. Die Grenze zwischen diesen beiden Betriebsbedingungen ist die kritische Frequenz, und die Aufnahme einer Schiene mit reduzierter Höhe ist bis zu etwa 1 kHz vorteilhaft, basierend auf einem Anstieg der kritischen Frequenz und dadurch einer Reduzierung des Ausstrahlungswirkungsgrades. Ein zusätzlicher Vorteil, der sich aus der Verwendung dieses Schienenschnittes ergibt, ist der, daß die Ausstrahlungsoberfläche reduziert wird.

Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden, von denen eine jede schematisch eine Schiene entsprechend der Erfindung veranschaulicht.

Mit Bezugnahme auf die Fig. 1 zeigt der „dicke" Stahlschienenquerschnitt 1 einen Kopf 2, einen reduzierten vertikalen Steg 3 und einen Fuß 4. Die Schienenhöhe liegt in der Größenordnung von 110mm, und die Breite des Fußes liegt in der Größenordnung von 140mm; ihr Gewicht pro m Länge liegt in der Größenordnung von 50kg. Mit dem Fuß ist eine viskoelastische (d.h., nicht einfach elastische) Schicht 5 aus beispielsweise dem geschützten Material T.MAT PD4 gebunden, beispielsweise mittels eines Klebstoffes, und gleichfalls ist diese cn ihrer anderen Seite mit einem metallischen Begrenzungsteil 6, beispielsweise Stahl, verbunden. Das Dämpfungsmittel 5 kann vorbehandelte haftfähige Oberflächen für diesen Zweck aufweisen.

Das Dämpfungsmittel 5 kann zusätzlich ausreichend elastisch sein, um die Funktion einer ochienenauflage durchzuführen.

Die Fig. 2 zeigt eine besser proportionierte Schiene, wobei die Höhe des Fußes um 5mm erhöht wurde. Das verändert effektiv die neutrale Achse, um die Spannungsverteilung besser auszugleichen und ein leichteres Rollen zu fördern, insbesondere wird eine geradlinigere Schiene auf der kühlenden Bottung erreicht. Das zusätzliche Gewicht in dieser Schiene begünstigt außerdem ein „Angleichen" der Dimensionsveränderungen zwischen der Schiene mit dem Querschnitt und den Standardquerschnitten, mit denen sie sich verbinden muß, beispielsweise in Weichen und Herzstücken bzw. Gleiskreuzen.

Wie in der Fig. 2 gezeigt wird, kann außerdem das Begrenzungsteil 6, bei dem es sich um einen „weichen" Stahl handeln kann, beispielsweise '10 Brinel, optional nach oben um die Seiten herum gebogen und über das Oberteil des Fußes gefaltet werden, wie gezeigt wird - das viskoelastische Dämpfungsmittel 5 kann ebenfalls in dieser Weise herumgewickelt werden; vergleiche Fig.4.

Die Begrenzungsteile 5,6 sind entlang der Schienenlänge bei beiden Ausführungen kontinuierlich, und die Schiene wird periodisch enlang ihrer Länge durch Eisenbahnschwellen (nicht gezeigt) gestützt. Als Alternative dazu kann die Schiene unter bestimmten Umständen kontinuierlich über ihre Länge hinweg beispielsweise auf einer Betonbettung getragen werden, und in diesem Fall kann das separate Begrenzungsteil 6 weggelassen werden, wobei das Begrenzungsteil 5 zu dieser Bettung hin eine Bindung zeigt, wie in der Fig.3 zu sehen ist.

Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung des Dämpfungsmittels 5 und des Begrenzungsteils 6 an der Unterseite des Fußes kann dieser Körper anderswo an der Schiene angebracht werden, beispielsweise an einer oder beiden Seiten des Steges und/oder um den größten Teil der nicht das Rad berührenden Teile des Kopfes herum und/oder, was am bemerkenswertesten ist, den oberen Seiten des Fußes.

Die Fig.4 zeigt ein derartiges Beispiel des letzteren, wo das viskoelastische Dämpfungsmittel 5 an einer Sei.'e mit den oberen Seiten des Fußes und an ihrer anderen Seite mit einem Begrenzungsteil 7 aus Stahl, das anderenfalls freigelegt ist, verbunden ist. Wie zuvor wird die Schwingungsenergie, die sich innerhalb der Schiene bewegt, durch das viskoelastische Dämpfungsmittel 5 absorbiert, und das wird als Wärme innerhalb der verbundenen Begrenzungsteile offenbart. Wie

vorangehend angedeutet wurde, können diese verbundenen Begrenzungsteile über den Steg und die Unterseite des Kopfes ausgedehnt werden, wie in dieser Abbildung durch die punktierte Umrißlinie gezeigt wird, und tatsächlich kann er ebensogut die Seiten des Kopfes umfassen.

Obgleich die Erfindung mit Bezugnahme auf die einzelnen veranschaulichten Ausführungen beschrieben wurde, muß verstanden werden, daß verschiedene Änderungen ohne weiteres vorgenommen werden können, ohne daß man von dieser Erfindung abweicht. Beispielsweise können die Dimensionsbeziehungen der gezeigten verbundenen Begrenzungsteile im Verhältnis zueinander und zur Schiene leicht verändert werden, wie es in der Tat bei der Form der Schiene selbst der Fall sein kann, und zwar in Übereinstimmung mit dem Ziel diese r Erfindung; tatsächlich könnte die Schiene keinen Steg haben. Außerdem ist es wünschenswert, aber nicht wesentlich, daß die verbundenen Begrenzungsteile kontinuierlich sind; das gleiche Ziel könnte mit Hilf&von einzelnen gebundenen Schichten zwischen einer jeden Eisenbahnschwelle und/oder der Schienenbefestigung und der Schiene selbst bewirkt werden, aber das wäre bei niedrigeren Frequenzen weniger wirksam. Obgleich das Dämpfungsmittel 5 und die Begrenzungsteile 6; 7 als vorgeformt gezeigt werden, könnten außerdem eine oder beide alternativ aufgespritzt oder aufgespachtelt werden, und die Begrenzungsteile 6; 7 können aus einem Material sein, das hinsichtlich der Zugspannung steifer ist als das Dämpfungsmittel 5, beispielsweise könnte ein Plastematerial verwendet werden. Eindeutig wird der größte Vorteil hinsichtlich der Lärmreduzierung erreicht werden, wenn die Räder der Fahrzeuge, die auf diesen Schienen fahren, selbst behandelt wurden, um ihr eigenes Resonanzansprechen zu reduzieren; daher ist die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn Schienen, wie sie hierin beschrieben werden, in Verbindung mit gedämpften Rädern benutzt werden, beispielsweise mit Rädern, deren Steg und/oder Rand einen Verbundkörper aufweisen, dei daran in der beschriebenen Weise befestigt ist.

Claims (13)

1. Stahlschiene, dadurch gekennzeichnet, daß an ihr ein Verbundkörper für das Aufnehmen der Schwingungeenergie, die durch den Fahrzeugverkehr auf der besagten Schiene erzeugt wird, befestigt ist, wobei der Verbundkörper aus einem Dämpfungsmittel (5) besteht, an das sowohl die Schiene als auch ein Begrenzungsteil (6; 7), das im wesentlichen hinsichtlich der Zugspannung steifer ist als das Dämpfungsmittel, gebunden und dazwischen schichtweise angeordnet ist.

2. Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel ein viskoelastisches Material ist.

3. Schiene nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel mit der Unterseite des Fußes und/oder den oberen Seiten des Fußes und/oder einer oder beiden Seiten des Steges und/oder dem größten Teil der nicht das Rad berührenden Teile des Kopfes verbunden ist, wobei das Begrenzungsteil (6; 7) ein Materialstreifen ist, der von dem des Dämpfungsmittels abweicht.

4. Schiere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsteil ein Stahlband ist.

5. Schiene nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel mit der Unterseite des Fußes verbunden ist, und daß der Streifen nach oben zu um die Seiten des Fußes hprum gebogen und über die Oberseite des besagten Fußes gefaltet ist.

6. Schien', nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel ebenfalls um die Seiten herum und über die Oberseite des besagten Fußes gebogen ist.

7. Schiene nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel und das Begrenzungsteil entlang der Länge der Schiene kontinuierlich sind.

8. Schiene nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel mit der Unterseite des Fußes der Schiene verbunden ist, wobei das Begrenzungsteil durch die Gleisauflage gebildet wird.

9. Schiene nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel längs der Länge der Schiene kontinuierlich ist, und daß die Gleisauflage ein gepflasterter Betonunterbau ist.

10. Schiene nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel mittels eines Klebstoffes gebunden wird.

11. Schiene nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene selbst einen Standardquerschnitt aufweist, daß aber die Höhe reduziert ist, verglichen mit dem üblichen Oberbaugleis.

12. Schiene nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Fußes der Schiene verglichen mit der relativen Dicke des Schienenfußes beim üblichen Oberbaugleis größer ist.

13. Schiene nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Verbindung mit einem Fahrzeugverkehr, dessen Räder behandelt wurden, um ihr eigenes Resonanzansprechen zu reduzieren, eingesetzt wird.