DE10022311B4

DE10022311B4 - Vorrichtung zur Herstellung Fester Fahrbahnen

Info

Publication number: DE10022311B4
Application number: DE10022311A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kolb; Andreas Dr.-Ing. Seiler
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: DE10022311A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die sich auf der hydraulisch gebundenen Tragschicht (HGT) abstützt, weist folgende Merkmale auf: Ein Verlegerahmen, der auf Querträgern liegt, stützt sich auf Stützen auf der hydraulisch gebundenen Tragschicht (HGT) ab. Alle theoretischen Mittelpunkte der Lager eines Querträgers liegen dabei auf einer gedachten Linie. Alle Lager sind als Kugeln bzw. Kugelsegmente dargestellt. Jeder Querträger verfügt über ein Festlager und ein Loslager zur Auflagerung auf zwei Stützfüßen. Jeder Verlegerahmen verfügt über 2 Loslager, die eine Beweglichkeit nur längs der Schienenrichtung ermöglichen, und 2 Loslager, die zusätzlich eine Beweglichkeit quer zur Schiene ermöglichen. Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Verfahren, bei dem Schwellen in den noch weichen Beton einer Tragplatte eingerüttelt werden, weist die Vorrichtung zusätzlich noch einen oder mehrere Rüttler, bevorzugt Kolbenrüttler, auf, die den Verlegerahmen in Schwingungen versetzen. Die Erregerbewegung erfolgt dabei nur in Schienenrichtung. Die Kolbenrüttlerachsen liegen näherungsweise in der Schwerpunktebene des Gesamtsystems.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verlegegerät für Schwellen oder ein aus Schwellen bestehendes Gleisrostsegment beim Bau Fester Fahrbahnen durch Einrütteln der Schwellen in den noch weichen Beton einer Tragplatte oder durch Umgießen ausjustierter Schwellen oder Gleisroste mit Beton.
Stand der Technik
Beim Einrüttelverfahren werden bislang Schwellen nach Erreichen der Sollage und nach Abschalten der Rüttelbewegung in Sollage losgelassen. Nach dem Loslassen können allerdings immer noch teilweise erhebliche Lageänderungen der Schwellen auftreten, die über die Toleranzen hinausgehen können, die für Hochgeschwindigkeitsstrecken gelten. In der DE 198 58 899 A1 wird daher ein Verfahren angegeben, bei dem der Gleisrost über einen Rahmen neben der HGT abgestützt wird, bis der Beton hinreichend erhärtet ist, um beim bzw. nach dem Loslassen die Schwellen ohne weitere Verschiebungen zu tragen.
In der DE 35 32 766 A1 ist eine Vorrichtung zum Haltern von Schwellen bei der Herstellung von Festen Fahrbahnen beschrieben, die Stützfüße neben der Tragplatte auf der HGT aufweist, sowie Querträger, die die Tragplatte überspannen und einen Verlegerahmen, der auf den Querträgern aufliegt und an dem die Schwellen befestigt sind.
Bei den Verfahren, bei denen ausjustierte Schwellen oder Gleisroste mit Beton umgegossen werden, z. B. dem Rheda-Verfahren, werden die Schwellen/Gleisroste entweder aufgespindelt, oder von einem den Trog überspannenden Joch gehalten. Beim Haltern durch Joche treten Probleme durch Längenänderungen der langen Schienen bei Änderung der Temperatur auf.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der Schwellen oder Gleisroste bei der Herstellung fester Fahrbahnen ausjustiert und bis zum Aushärten des Betons oder anderweitiger Fixierung in dieser Position gehalten werden können.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Wesentliches Merkmal ist hierbei die Abstützung der die Schwellen tragenden Vorrichtung auf der HGT. Die Vorrichtung besteht dabei aus mindestens zwei Querträgern, die die Tragplatte überspannen, wobei auf jeweils zwei benachbarten Querträgern ein Verlegerahmen aufliegt, an dem die Schwellen (oder das Gleisrostsegment) lösbar befestigt sind.
Die Querträger sind auf der einen Seite der Tragplatte über ein Festlager auf Stützfüßen abgestützt. Auf der anderen Seite der Tragplatte stützen sich die Querträger über ein Loslager auf Stützfüße ab. Das Loslager erlaubt diesem Ende des Querträgers sich zu verschieben, falls sich seine Länge durch Wärme ändert. Es hilft auch, Fertigungsungenauigkeiten der Festlager und Meßtoleranzen beim Einmessen der Stützfüße spannungsfrei auszugleichen.
Der Schwerpunkt eines Querträgers liegt idealerweise über der gedachten Lagerachse. Dadurch kann eine vergleichsweise niedrige Bauhöhe der Stützfüße erzielt werden. Um ein Kippen auf den Stützfüßen infolge des hoch liegenden Schwerpunktes zu verhindern, können die Querträger sogenannte Pendelstützen besitzen. Durch den Einsatz dieser Pendelstützen kann auf Längsverstrebungen zwischen den Querträgern als Kippsicherung verzichtet werden.
In einem Ausführungsbeispiel liegen die Querträger über Kugeln auf Stützfüßen auf, die wiederum auf der HGT aufsitzen. Das Einmessen der Stützfüße erfolgt in diesem Fall bevorzugt mittels einer Meßspitze, bestehend aus einer Kugelschale und einer Spitze, die genau auf den theoretischen Kugelmittelpunkt einer später dort befindlichen Kugel zeigt. Dadurch kann die Meßspitze beliebig auf den Stützfuß gesetzt werden und dennoch genau der Kugelmittelpunkt eingemessen werden.
Die Meßspitze wird sodann entfernt und durch eine Vollkugel ersetzt.
Entsprechend weist der Querträger auf der einen Seite der Tragplatte als Gegenstück zur Kugel eine Mulde, einen Ring oder bevorzugt eine Dreipunktauflage auf, so daß die Kugel und ihre beiden Gegenstücke ein Festlager bilden. Bevorzugt wird jedoch die Meßspitze im Festlager nicht durch eine Kugel, sondern durch ein direkt am Querträger befestigtes Kugelsegment ersetzt.
Auf der anderen Seite der Tragplatte weist der Querträger als Gegenstück zur Kugel des Stützfußes in Querträgerrichtung eine Rinne, zwei parallele Stäbe oder auch eine Platte auf, so daß Kugel und Gegenstück ein Loslager bilden.
Das Loslager gestattet es der Vorrichtung, sich sowohl Ungenauigkeiten beim Einmessen der Stützfüße auf der anderen Seite der Tragplatte, als auch Fertigungstoleranzen und Längenänderungen durch Wärme anzupassen.
Alle theoretischen Drehpunkte der Lager des Querträgers, also sowohl der des Verlegerahmens als auch derjenigen auf den Stützfüßen, liegen auf einer gedachten Achse. Dreh- bzw. Kippbewegungen des Querträgers um diese Achse bleiben damit ohne Einfluß auf die relative und absolute Lage der an diesem Querträger auffliegenden Verlegerahmen, womit die größtmögliche innere Genauigkeit erzielt wird.
Bevorzugt verwendet man Lager, in denen nur punktförmige Berührungen auftreten. Es gibt dann keine linearen oder flächigen Berührungen und damit sind theoretisch keine undefinierten Positionen möglich (statisch überbestimmt, Zwängungen).
Dennoch kann es auch Vorteile bringen, lineare oder flächige Berührungen in den Lagern zuzulassen, um die Kraft pro Fläche, also den Druck, auf die belasteten Teile des Lagers zu verringern.
Im bevorzugten Falle werden alle Lager als Kugeln bzw. Kugelsegmente dargestellt, deren Mittelpunkt immer auf der neutralen Achse des Querträgers liegen.
Es gibt zwei Arten von Lagern des Verlegerahmens auf dem Querträger: Die eine (anisotrope) Art ist in Schienenrichtung als Loslager, in Querrichtung jedoch als Festlager ausgebildet, das heißt, der Verlegerahmen kann sich relativ zum Querträger nur in Schienenrichtung verschieben. Die andere Art ist sowohl in Schienenrichtung als auch in Querrichtung dazu als Loslager ausgebildet, wodurch dieses Lager befähigt ist, Längenänderungen bei Temperaturänderungen mitzumachen und Fertigungstoleranzen auszugleichen.
Auch diese zwei Typen von Loslagern sind bevorzugt als Kugeln ausgeführt, die in Rinnen/Prismen bzw. auf Platten laufen.
Alternativ ist es auch möglich, die anisotropen Loslager als aufrecht stehende Blattfedern oder Blattfederpakete auszuführen, auf denen die Auflager des Verlegerahmens aufliegen. Die Blattfeder ist dabei nur nachgiebig in Schienenrichtung, aber steif in der Querrichtung. Eine Auslenkung der Blattfeder aus ihrer Ruhelage bewirkt bei dieser Konstruktion nur eine minimale Absenkung des Verlegerahmens. Anstelle einer Blattfeder oder eines Blattfedernpaketes ist auch eine nach oben gerichtete Stütze möglich, die unten ein Scharnier quer zur Schienenrichtung aufweist. Die Stütze wird durch elastische Rückstellkräfte in einer senkrechten Ruhelage gehalten. Die Rückstellkräfte können zum Beispiel durch Federn oder durch Gummi aufgebracht werden. Die Berührungsflächen zwischen den Auflagern des Verlegerahmens und den Blattfedern bzw. Blattfederpaketen oder Stützen können zusätzlich geschmiert werden.
Die anisotropen Loslager ermöglichen es dem Verlegerahmen, bei einer Herstellung von festen Fahrbahnen durch Einrütteln von Schwellen einer Rüttelbewegung in Schienenrichtung nachzugeben. Eine solche Rüttelbewegung in Schienenrichtung führt nämlich zu keinen wesentlichen Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Festen Fahrbahn, denn nur Ungenauigkeiten in Querrichtung und Höhe zur Schiene beeinträchtigen den Fahrkomfort.
Eine gerichtete Rüttelbewegung in Schienenrichtung wird bevorzugt mittels Kolbenrüttlern erreicht. Deren Schwingungen sind einachsig gerichtet. Die Kolbenachsen liegen parallel und idealerweise in der Schwerpunktebene des Gesamtsystems, so daß keine indirekten Vertikal- und/oder Horizontalschwingungen durch das Arbeitsmoment entstehen. Kolbenrüttler haben den Vorteil, daß sie im Gegensatz zu Unwuchterregern beim Abschalten keine resonanzkritischen Drehzahlen durchlaufen müssen, sondern einfach stehenbleiben. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kolbenrüttler nicht direkt am Verlegerahmen befestigt, sondern an einem Rüttelrahmen montiert, der auf den Verlegerahmen aufgesetzt wird und von dem aus die Rüttelenergie durch Kraftschluß auf den Verlegerahmen übertragen wird.
Die Positionierung des Verlegerahmens in Längsrichtung erfolgt genau in der Querträgermitte, das heißt, in der Gleisachse. Dort bleiben die Abstände auch in Kurven konstant. Die zur Führung eingesetzten Gleitflächen sind idealerweise schwingungsdämpfend gelagert. Dem Verlegerahmen wird ein gewisses Spiel, entsprechend der zum Einrütteln erforderlichen Schwingbreite, zugestanden, das heißt, er kann innerhalb dieser sehr engen Grenzen zwischen den Querträgern schwingen bzw. wandern, ehe er auf die als Endanschläge wirkenden Gleitflächen aufläuft und geführt wird.
Die Verlegerahmen sind an den Eckpunkten sehr weich ausgeführt. Die Knoten, an denen Längs- und Querstreben des Verlegerahmens verbunden sind, stellen daher praktisch Gelenke dar, die die Darstellung von Raumkurven ermöglichen.
Die Auflager der Verlegerahmen sitzen im Querträger in sogenannten Taschen. Das Auflager des Verlegerahmens wird von oben her eingeführt. Durch das verbliebene Seitenteil am Querträger wird der Querträger im Auflagerbe reich erheblich weniger geschwächt, als dies bei einer seitlichen Öffnung der Falle wäre.
Obwohl es möglich ist, lediglich zwei Querträger zu verwenden, zwischen denen ein Verlegerahmen angeordnet ist, ist es bevorzugt, mehr als zwei Querträger zu verwenden und jeden Querträger sowohl als Auflager für einen vorderen als auch einen hinteren Verlegerahmen zu verwenden. Die Verlegerahmen können dann entweder symmetrisch oder asymmetrisch relativ zur Gleisachse sein. Während ein zur Gleisachse symmetrischer Verlegerahmen eine gleichmäßigere Belastung des Querträgers bedingt, hat ein asymmetrischer, aber um 180° roationssymmetrischer (D₂-Symmetrie), den Vorteil, daß es egal ist, in welcher Richtung er aufgelegt wird.
Im Falle einer Symmetrie zur Gleisachse bei gleichzeitiger Punktsymmetrie des Verlegerahmens tritt zusätzlich ein Stapelproblem auf, denn dann liegen jeweils zwei Rahmen mit ihren Enden auf dem Querträger übereinander und können nicht unabhängig voneinander entnommen werden, es sei denn, sie lägen abwechselnd schräg versetzt oder wiesen an ihren Enden unterschiedliche Abstände der Auflager auf, doch dann wären zwei voneinander verschiedene Verlegerahmen nötig.
Bevorzugt werden die Schwellen über die endgültige Schwellenschraube gehalten, entweder dadurch, daß diese Schraube angezogen wird, oder über eine Spannvorrichtung, die über Federkraft oder hydraulisch/pneumatisch spannt und zum Lösen mit Druck beaufschlagt werden muß.
Wenn die beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Herstellungsverfahren für feste Fahrbahnen eingesetzt wird, bei dem bereits ausjustierte Schwellen oder andere Fertigteile nachträglich wenigstens teilweise mit Vergußmasse (z. B. Beton oder Asphalt) unter- oder umgossen werden, so hängt an den Rahmen ein Gleisrost (bzw. die Fertigteile) und die Vergußmasse steigt von unten auf und unterbettet oder umfließt dabei die Schwellen bzw. anderen Fertigteile. Beim ursprünglichen Rheda-Verfahren findet dies in einem Betontrog statt. Es kann jedoch auch z. B. ein Trog aus entfernbaren Schalungselementen oder ein Gleitfertiger als „Wandertrog” verwendet werden.
Dieses Verfahren kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung dergestalt ausgeführt werden, daß entweder zuerst Querträger und Rahmen über der zu erstellenden Tragplatte positioniert werden und anschließend von einer offenen Seite her der Gleisrost eingeschoben und angehängt wird, oder aber dergestalt, daß zuerst der Gleisrost montiert und auf dem Untergrund (Trogboden, HGT) ausgelegt wird, anschließend Querträger und Rahmen oberhalb davon aufgebaut werden und dann der Gleisrost angehoben und an den Rahmen angehängt wird. Die Befestigung des Gleisrostes an den Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert dabei ein Durchhängen des Gleisrostes zwischen den Querträgern. Die Loslager ermöglichen es dem Gleisrost, Längenänderungen durch Temperaturveränderung auszuführen. Die anisotropen Loslager zwischen den Querträgern und Auflagern des Verlegerahmens verhindern dabei eine Dejustierung quer zur Schienenrichtung.
Die Figuren zeigen den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung:
1 zeigt, wie zur Gleisachse asymmetrische Verlegerahmen mit D₂-Symmetrie auf den Querträgern aufliegen.
2 zeigt in Aufsicht, daß alle Lager auf dem Querträger bevorzugt auf einer Geraden liegen. Festlager sind als flächenhafte Punkte gezeichnet, Loslager entweder als Balken, wobei die Richtung des Balkens die Richtung angibt, in der eine Bewegung stattfinden kann, oder als Quadrat, was an zeigt, daß das Lager zwei Freiheitsgrade in der Ebene hat.
3 zeigt von der Seite einen Stützfuß, der zum optischen Einmessen ein Kugelsegmente mit Spitze trägt. Dieses Kugelsegment mit Spitze ist nachher durch eine Kugel ersetzt oder durch ein am Querträger befestigtes Kugelsegment.
Die 4 bis 9 zeigen detaillierter Ausführungsvarianten von Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
4 zeigt von der Seite eine der erfindungsgemäßen Pendelstützen für einen Querträger.
5 zeigt einen zur Gleisachse asymmetrischen Verlegerahmen von oben.
6 zeigt einen zur Gleisachse asymmetrischen Verlegerahmen in Perspektive.
7 zeigt einen Querträger in Einbaulage und von unten.
8 zeigt nebeneinander eine mögliche Variante eines Festlagers und eines Loslagers.
9 zeigt perspektivisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Aktion bei der Herstellung einer Festen Fahrbahn nach einem Verfahren, bei dem Schwellen eingerüttelt werden. Die Rüttler befinden sich auf einem Rüttelrahmen, der auf den Verlegerahmen aufgesetzt wird.

1: Tragplatte
2: Hydraulisch gebundene Tragschicht HGT
3: Verlegerahmen (asymmetrisch relativ zur Gleisachse, aber symmetrisch bei Rotation um 180° (D₂-Symmetrie))
4: Querträger
5: Auflage des Verlegerahmens auf dem Querträger
6: Festlager
7a: Eindimensionales Loslager (1 Freiheitsgrad in Schienenrichtung)
7b: Zweidimensionales Loslager (zwei Freiheitsgrade in der Ebene)
7c: Eindimensionales Loslager (1 Freiheitsgrad quer zur Schienenrichtung)
8: Oberer Teil eines Stützfußes
9: Kugelsegmentteil einer Meßspitze
10: Gedachter Umriß der Vollkugel
11: Meßspitze
12: Rüttelrahmen

Claims

Vorrichtung zum Haltern von Schwellen oder Gleisrostsegmenten bei der Herstellung einer Festen Fahrbahn durch Einrütteln der Schwellen bzw. der Gleisrostsegmente, bevorzugt mitsamt der endgültigen, fertig vormontierten Schienenbefestigungen, in den noch weichen Beton einer Tragplatte oder durch Umgießen der Schwellen mit Beton, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens die folgenden Teile aufweist: a.) Stützfüße neben der Tragplatte auf der HGT b.) Querträger, die die Tragplatte überspannen und links und rechts von ihr auf den Stützfüßen aufliegen c.) Verlegerahmen, die oberhalb der Tragplatte auf den Querträgern aufliegen, und an denen die Schwellen bzw. das Gleisrostsegment befestigt sind, und daß von den beiden Lagern, auf denen jeweils einer der Querträger auf den Stützfüßen links und rechts der Tragplatte aufliegt, eines als Festlager und das andere als Loslager ausgebildet ist. und daß die Lager, über die der Verlegerahmen auf den Querträgern aufliegt, als Loslager ausgebildet sind, die eine Beweglichkeit des Verlegerahmens in Schienenrichtung ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Auflagermittelpunkte des Querträgers, also sowohl die des Querträgers auf den Stützfüßen, als auch die des Verlegerahmens auf dem Querträger auf einer Achse liegen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lager als Kugeln bzw. Kugelsegmente ausgebildet sind, deren Mittelpunkt immer auf einer gemeinsamen Drehachse des Querträgers liegen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotropen Loslager zwischen Querträger und Verlegerahmen als Blattfedern oder Blattfederpakete ausgeführt sind, oder aber als von einem Scharnier emporragende Stützen, die durch elastische Rückstellkräfte eine senkrechte Ruhelage einnehmen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt des Querträgers über seiner drehneutralen Lagerachse liegt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger Pendelstützen besitzt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflager des Verlegerahmens asymmetrisch zur Gleisachse, aber symmetrisch gegenüber Rotationen um 180 Grad angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlegerahmen an den Eckpunkten vergleichsweise weich oder als Gelenk ausgeführt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflager des Verlegerahmens in Taschen des Querträgers sitzen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einachsig in Schienenrichtung wirkende Rüttler aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rüttler als Kolbenrüttler ausgeführt sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rüttler Teil eines Rüttelrahmen sind, der auf den Verlegerahmen aufgesetzt und wieder abgenommen werden kann und seine Rüttelenergie durch Kraftschluß auf den Verlegerahmen überträgt.