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Verfahren zum Herstellen einer Eisenbahnschwelle aus Spannbeton und
nach dem Verfahren hergestellte Spannbetonschwelle Neben Betonschwellen mit schlaffer
Bewehrung kennt man auch Schwellen mit Einlagen aus dünnen Stahldrähten von hoher
Festigkeit, die in der Längsrichtung der Schwelle verlaufen und die ihnen vor dem
Abbinden des Betons erteilte Vorspannung später durch Haftung auf den Beton übertragen.
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Bei den bekannten Schwellen dieser Art ist in vielen Fällen die Haftung
zwischen dem Beton und den Stahldrähten ungenügend. Aus diesem Grunde hat man bereits
vorgeschlagen, die Haftung durch eine Oberflächenbehandlung der Stahldrähte oder
durch Verwendung besonderer Drahtprofile zu verbessern. Dabei wurden sowohl Drähte
mit Kerbungen als auch solche benutzt, deren Profile verwunden wurden oder die aus
mehreren miteinander verdrillten Drahtlitzen bestanden. Wenn es auf diesen Wegen
auch gelingt, die Haftfestigkeit zu verbessern, so müssen solche Verbesserungen
mit einer Verteuerung der Herstellung erkauft werden, welche bei Eisenbahnschwellen,
die in großen Massen benötigt werden, die Wirtschaftlichkeit in Frage stellen.
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Bei anderen, gleichfalls bekannten Eisenbahnschwellen aus Stahlbeton,
die nach dem gleichen Prinzip, d. h. mit einer Verbundwirkung zwischen Beton und
Stahl, arbeiten, werden stärker bemessene Stahleinlagen vor dem Abbinden des Betons
in besonders ausgebildete Schalungen eingelegt und an ihren Enden durch eine zwischen
eine Ankerplatte und die Stahleinlage eingeschaltete Keilverbindung verankert. Abgesehen
davon, daß sich Verankerungen dieser Art für Schwellen schon wegen ihrer Umständlichkeit
weniger eignen, müssen bei ihnen Verbiegungen der Enden der Stahlstäbe vorgenommen
werden, die mit Rücksicht auf die Sprödigkeit des Stahlmaterials bedenklich erscheinen,
insbesondere wenn man berücksichtigt, daß bei Eisenbahnschwellen mit Überbeanspruchungen,
z. B. durch Unrundlaufen des Wagenmaterials oder bei Federbrüchen und Entgleisungen
von Eisenbahnfahrzeugen, zu rechnen ist.
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Allen auf die Erzielung einer Verbundwirkung abstellenden Vorschlägen
ist, wenn sie bei der Herstellung von Eisenbahnschwellen Anwendung finden, der Nachteil
gemeinsam, daß zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Vorspannkräfte bis zum völligen
Erhärten des ganzen Betonkörpers besondere Spannbetten mit schweren Spannwiderlagern
oder besonders ausgebildete, verstärkte Schalungen benötigt werden, was außerordentlich
hohe Anlage- und Unterhaltungskosten erfordert.
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Neben diesen Gruppen von vorbekannten Betonschwellen kennt man auch
Schwellen, bei denen die Stahleinlagen unter Verzicht auf eine Verbundwirkung in
den Beton so eingefügt werden, daß beim Abbinden des Betons keine Haftung zwischen
Beton und Stahl eintritt, sondern die Längsbeweglichkeit der Stahleinlagen erhalten
bleibt. Das kann z. B. durch Umhüllen der Stahleinlagen vor der Betonierung mit
einem Gleitmittel, z. B. Bitumen, bewirkt werden. Das Vorspannen der Stahleinlagen
erfolgt erst nach dem Erhärten des Betons. Zu diesem Zweck wird der Betonkörper
der Schwelle durch Anbringen einer in der Mitte liegenden Streckfuge in zwei Hälften
aufgeteilt. Nach dem Erhärten des Betons werden die beiden Schwellenhälften mit
Hilfe hydraulischer Pressen, die außen an ihnen angreifen, auseinandergezogen, die
Lücke in der Schwellenmitte wird ausbetoniert und dadurch die den Drahteinlagen
erteilte Vorspannung auf der gewünschten Höhe gehalten.
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Die Anbringung einer Streckfuge stellt einen schwachen Punkt dar,
der die Sicherheit der Schwelle gefährden und ihre Lebensdauer vermindern kann.
Im übrigen führt zwar der Verzicht auf eine Verbundwirkung zwischen Beton und Stahl
zu einer einfacheren und billigeren Herstellung, jedoch muß er bei den bisher bekanntgewordenen
Vorschlägen mit gewissen Konzessionen an die Festigkeit und in Richtung eines Mehrverbrauches
an Stahl erkauft werden, ganz abgesehen von den Schwierigkeiten, die wegen der Schaffung
befriedigender und für eine Massenfertigung geeigneter Endverankerungen zu überwinden
sind.
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Die Erfindung hat sich in Erkenntnis der hier aufgezeigten Zusammenhänge
die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Spannbetonschwellen zu schaffen,
bei welchen die aus der Verbundwirkung resultierenden Vorteile verwirklicht werden,
ohne daß man gleichzeitig auch die obenerwähnten Nachteile
in Kauf
nehmen müßte. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß nach dem für das Eintragen
der Vorspannkräfte hinreichende Erhärten und Vorspannen des Betons die Längsbeweglichkeit
der Stahlstäbe durch Einpressen einer abbindefähigen, z. B. aus Zementmörtel bestehenden
Masse in die die Stahlstäbe aufnehmenden Hohlräume aufgehoben wird.
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Ferner kann dem Hohlraum im Schwellenkörper zur Verbesserung der aus
dem Einpreßmittel gebildeten Haftschicht gegenüber dem Betonkörper eine die wirksame
Haftfläche vergrößernde Form gegeben sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht
werden, daß im Schwellenkörper bis zu dem das Spannglied aufnehmenden Hohlraum reichende
Querbohrungen angeordnet sind, in die das Einpreßmittel unter Bildung von quer gerichteten
Verankerungsansätzen eindringt.
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Schließlich kann bei Anordnung der Stahlstäbe in Hüllrohren dieses
mit in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden, zungenartigen Lappen versehen
sein, die einerseits in die sich aus dem Einpreßmittel bildende Haftschicht und
andererseits in den Schwellenkörper selbst eingreifen.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles.
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Fig. 1 zeigt einen Formkasten zur Herstellung der neuen Schwelle;
Fig.2 stellt einen Längsschnitt durch die fertige Schwelle dar und Fig. 3 einen
Querschnitt nach der Linie 1.-I der Fig. 2; Fig. 4 ist ein Grundriß der Schwelle;
Fig.5 zeigt im gebrochenen Längsschnitt einen Stahlstab mit Rohr und Einrichtung
zum Verankern des Stahlstabes und Auspressen des Hohlraumes, und Fig. 6 stellt eine
Stirnansicht der Einrichtung nach Fig. 5 dar.
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Der Betonkörper 1 (Fig. 2 bis 4) der Schwelle wird durch Einformen
in einen ihrer Umrißform entsprechenden Formkasten 1' (Fig. 1) hergestellt. Dabei
werden mittels der mit dem Formkasten verbundenen Dübel 2' und 3' die für die spätere
Schienenbefestigung dienenden Ausnehmungen 2 und 3 im Betonkörper 1 erzeugt. Außerdem
werden in dem Schwellenkörper 1 beim Einformen durchgehende Hohlräume erzeugt, die
in Längsrichtung der Schwelle verlaufen und zur Aufnahme der Stahlstäbe 7 bestimmt
sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei parallel zueinander verlaufende
Hohlräume im Schwellenkörper 1 vorgesehen.
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Die genannten Hohlräume werden jeweils durch Einfügung eines Rohres
6 in den Formkasten gebildet. Die Enden des Rohres 6 sind in topfförmige, in den
Stirnseiten des Formkastens 1' eingesetzte Körper 4' und 5' eingeschoben oder eingeschraubt.
Die Rohre 6 können im Betonkörper 1 verbleiben, sie können aber auch nach dem Einformen,
Verdichten und Ausschalen des Betonkörpers 1 zusammen mit den Einsatzkörpern 4'
und 5' entfernt werden, so daß dann die Betonmasse selbst die bei der Einformung
entstehenden Hohlräume begrenzt.
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Die Stahlstäbe 7 bestehen aus naturhartem Stahl von möglichst hoher
Streckgrenze. Sie sind an ihren beiden Enden mit Gewinden versehen, die durch ein
Kaltwalzverfahren bekannter Art durch Anrollen hergestellt werden, um die Festigkeit
des Stabes dort nicht zu verringern. Der Durchmesser der Stäbe 7 und die lichte
Weite der sie aufnehmenden Rohre 6 sind so bemessen, daß zwischen Stab und Rohrwand
ein die Bildung einer Haftschicht ausreichender Wandstärke gewährleistender Ringraum
verbleibt.
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Nach dem Einschieben eines Stabes 7 in das Rohr6 wird auf das eine
vorstehende Ende des Rohres eine Druckverteilungsplatte 8 mit ihrer Bohrung aufgeschoben,
dann auf dieser ein napfartiger Druckkörper 9 gegen das Ende des Stabes 7 zu angeordnet
und anschließend eine Mutter 12 aufgeschraubt.
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Jeder der Druckkörper 9 hat eine Verteilungskammer 10, die nach dem
Rohr 6 offen ist und mit einer von der Kammer nach außen führenden Einfüll- bzw.
Ausfließöffnung 11 versehen ist. Die aus den Teilen 8, 9 und 12 bestehenden Einrichtungen
sind dabei in einer stirnseitigen Aussparung 4 bzw. 5 des Schwellenkörpers 1 untergebracht.
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Zur Sicherung der zentrischen Lage der Stahlstäbe 7 innerhalb des
zugehörigen Hohlraumes, welche für die Bildung einer gleichmäßig starken Ringschicht
aus abbindefähigem Material Voraussetzung ist, sind am Ende des Rohres zwischen
dessen Wand und den Stahlstab 7 über den Umfang verteilte, in der Zeichnung nicht
dargestellte Halteglieder, z. B. in Form von Keilen, angeordnet.
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Nach hinreichender Erhärtung des Betons werden die Spannkräfte eingetragen.
Zu diesem Zweck wird auch auf das andere Ende des Rohres eine Druckverteilungsplatte
8 aufgeschoben, der napfartige Druckkörper angefügt und die Mutter 12 angedreht.
Dann wird in die stirnseitige Aussparung eine nicht hydraulische Presse bekannter
Bauart derart eingefügt, daß der rohrförmige Ansatz des Pressengehäuses, in welchem
die Spindel geführt ist, sich gegen die Druckverteilungsplatte 8 abstützt. Die Zugspindel
hat eine Gewindebohrung, die auf den Gewindekopf des Stahlstabes 7 von außen her,
z. B. mit Hilfe eines Handrades, aufgeschraubt werden kann. Durch Zufuhr von Druckmittel
in den Druckraum der Presse werden Spannkräfte meßbarer Größe erzeugt und auf den
Spannstab 7 zur Einwirkung gebracht. Nach der Eintragung ausreichender Spannkräfte
kann die zuvor auf dem Gewindekopf lose aufgedrehte Mutter 12 festgezogen werden.
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Nach im ersten Stadium erfolgtem Kriechen und Schwinden des Betons
werden die Stahlstäbe nachgespannt und anschließend eine abbindefähige, z. B. aus
Zementmörtel bestehende Masse so lange unter Druck durch die Öffnung 11 des einen
napfförmigen Druckkörpers 9 eingepreßt, bis diese durch die Öffnung 11 in der gegenüberliegenden
Kappe 9 auszufließen beginnt. Dann wird, um eine gute Verdichtung des Einpreßmittels
zu erreichen, die Ausfließöffnung 11 geschlossen, nochmals kurz nachgepreßt und
dann auch die Einfüllöffnung, z. B. durch einen Gewindestopfen, verschlossen. Zum
Schluß werden die Aussparungen 4, 5 durch Betonpfropfen ausgefüllt.
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Wenn Wert darauf gelegt wird, die durch Haftung zu übertragenden Spannkräfte
auf einen größeren Querschnitt zu verteilen, so kann man, was ohne weiteres möglich
ist, den Hohlraum im Schwellenkörper abweichend vom Ausführungsbeispiel vergrößern.
Außerdem bestehen verschiedene Möglichkeiten, die aus dem Einpreßmittel gebildete
Haftschicht zusätzlich in dem Schwellenkörper zu verankern, beispielsweise indem
Querbohrungen angebracht werden, in welche ein Teil der abbindefähigen Masse beim
Einpreßvorgang eindringt und dadurch verankernde Ansätze in der Querrichtung bildet.
Auch dann, wenn das den Hohlraum im Schwellenkörper bildende Rohr in der Schwelle
verbleibt, kann
man geeignete Maßnahmen zur zusätzlichen Verankerung
dieses Rohres gegenüber dem Schwellenkörper und zur entsprechenden Verankerung der
sich aus dem Einpreßmittel bildenden Haftschicht gegenüber der inneren Rohrwandung
treffen. Zu diesem Zweck können z. B. aus dem Rohr zungenartige Vorsprünge in Form
von Lappen herausgedrückt werden, die einerseits in die sich aus dem Einpreßmittel
bildende Haftschicht und andererseits in den Schwellenkörper selbst eindringen.
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Ähnliche Wirkungen werden erreicht, wenn das Rohr vor seiner Einfügung
in den Formkasten mit einer Vielzahl von Durchbrechungen versehen wird, die bei
der Betonierung mit einem dünnen Überzug geschlossen werden, den das unter Druck
eingepreßte, abbindefähige Mittel durchstößt, um dann in die Durchbrechungen einzudringen
und zusätzliche Verankerungspunkte zu bilden.
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Die Erfindung ist nicht an die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten
der Bewehrung und an die zur Erzielung einer nachträglichen Verbundwirkung zwischen
Beton und Stahl angenommenen Mittel gebunden, vielmehr sind Änderungen in bezug
auf die Ausbildung und Art der Bewehrung, der Vorspann-und Auspreßeinrichtungen
möglich, die das Wesen der Erfindung nicht berühren.