DE102004033723B4

DE102004033723B4 - Federelement und System für die Befestigung von Schienen

Info

Publication number: DE102004033723B4
Application number: DE200410033723
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Georg Dr. Dipl.-Ing. Hauschild; Dirk Dipl.-Ing. Vorderbrück; Roland Dr. Buda; Gerold BÖHM; Peter van Dr. Bommel; Dierk Bressel
Original assignee: Vossloh Werke GmbH
Current assignee: Vossloh Werke GmbH
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: DE102004033723A1

Abstract

Federelement für die Befestigung von Schienen (S), mit einem U-förmigen Mittelabschnitt (102), dessen Schenkel (103, 104) in jeweils einen Haltearm (105, 106) übergehen, wobei die Haltearme (105, 106) ausgehend von dem ihnen jeweils zugeordneten Schenkel (103, 104) des Mittelabschnitts (102) in seitlicher Richtung wegführend in einer kontinuierlich und wendepunktfrei verlaufenden, mehr als 180° umfassenden Biegung gebogen, sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Biegung der Haltearme (105, 106) stets größer ist als die halbierte lichte Weite zwischen den Schenkeln (103, 104) des Mittelabschnitts (102)

Description

Die Erfindung betrifft ein Federelement für die Befestigung von Schienen, das einen U-förmigen Mittelabschnitt aufweist, dessen Schenkel in jeweils einen Haltearm übergehen, wobei die Haltearme ausgehend von dem ihnen jeweils zugeordneten Schenkel des Mittelabschnitts in seitlicher Richtung wegführend in einer kontinuierlich und wendepunktfrei verlaufenden, mehr als 180° umfassenden Biegung gebogen sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System zum Befestigen einer Schiene, das eine Schwelle mit einer Stützfläche zum Abstützen des Fußes der Schiene, eine Winkelführungsplatte, die in Montagestellung auf einer Aufplattfläche der Schwelle sitzt und einen Stützabschnitt zum seitlichen Abstützen der Schiene aufweist, und ein auf der Winkelführungsplatte aufsetzbares Federelement zum Aufbringen einer Haltekraft auf den Fuß der Schiene umfasst.
Schienen für Schienenfahrzeuge weisen üblicherweise einen Schienenfuß, mit dem sie auf dem jeweiligen Untergrund. stehen, einen auf dem Schienenfuß errichteten Schienensteg geringer Dicke und einen vom Schienensteg getragenen Schienenkopf auf, an dessen Oberseite die Abrollfläche für die Räder des Schienenfahrzeugs ausgebildet ist. Beim Überfahren einer solchen Schiene treten nicht nur hohe Belastungen in Folge des Gewichts des Schienenfahrzeugs auf, sondern die Schiene ist auch hohen dynamischen Kräften ausgesetzt, die in Folge der Geschwindigkeit auftreten, mit der das Schienenfahrzeug die Schiene überfährt. Da die beim Überfahren auf die Schiene wirkenden Kräfte im Moment des Überfahrens zu einer deutlichen Verformung der Schiene führen, sind die Formgebung und Material der Schiene so ausgelegt, dass die Schiene auch über einen langen Einsatzzeitraum diese Verformungen aufnehmen kann. Dazu muss sich die Schiene allerdings im Moment des Überfahrens auch im Bereich ihrer Befestigungen verformen und bewegen können.
Um dies zu bewerkstelligen, ist ein Befestigungssystem erforderlich, das die Schiene zum einen in vertikaler Richtung so elastisch hält, dass ihr sicherer Halt auf der Schwelle gewährleistet und gleichzeitig eine ausreichende Nachgiebigkeit vorhanden ist. Zum anderen muss das jeweils eingesetzte Befestigungssystem die hohen Seitenkräfte auffangen können, die vom Schienenfahrzeug beim Überfahren auf die Schiene übertragen werden.
Ein in der Praxis vielfach eingesetztes und bewährtes Befestigungssystem, das die voranstehend zusammengefassten Anforderungen erfüllt, ist aus der Einbauanleitung ”Schienenbefestigungssystem W14” bekannt, die von der Anmelderin beispielsweise unter der URL ”http://www.vossloh-rail-systems.de” veröffentlicht worden ist.
Das W14-Schienenbefestigungssystem basiert auf einer Betonschwelle, in die eine ebene Stützfläche für den Fuß der jeweils zu befestigenden Schiene eingeformt ist. In Längsrichtung der zu befestigenden Schiene betrachtet erstreckt sich die Stützfläche dabei über die gesamte Schwelle, während ihre quer zur Längserstreckung der Schiene gemessene Breite etwa der Breite des Schienenfußes entspricht. An ihren beiden Schmalseiten geht die Stützfläche über in jeweils eine auf demselben Niveau wie die Stützfläche angeordnete Aufplattfläche. An die Aufplattflächen ist an deren von der Stützfläche abgewandten Schmalseite jeweils eine sich parallel zur Längserstreckung der zu befestigenden Schiene über die Schwelle erstreckende Rille angeschlossen, die einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt besitzt.
Zusätzlich ist an zentraler Stelle in die Aufplattflächen jeweils eine Aufnahme für einen Dübel oder desgleichen eingeformt, in den eine Spannschraube eingeschraubt werden kann.
Zum Befestigen der Schiene wird auf die Aufplattflächen der Schwelle jeweils eine so genannte ”Winkelführungsplatte” aufgesetzt. Diese aus Gewichtsgründen üblicherweise aus einem hochfesten Kunststoffmaterial gefertigten Winkelführungsplatten weisen einen Zentralabschnitt auf, an dessen Unterseite eine Auflagefläche ausgebildet ist, mit der die Winkelführungsplatte auf die ihr jeweils zugeordnete Aufplattfläche der Schwelle gesetzt wird.
Bei der für das System W14 eingesetzten Winkelführungsplatte ist an den Zentralabschnitt ein Stützabschnitt angeformt, der sich ausgehend von der Auflagefläche an der Unterseite der Winkelführungsplatte nach unten erstreckt und dessen Form an die Form der in den Schwellen eingeformten Rillen angepasst ist. In der Montagestellung sitzt jede der Winkelführungsplatten mit ihrem Stützabschnitt formschlüssig in der ihr jeweils zugeordneten Rille. Mit ihrer dem Stützabschnitt gegenüberliegenden Seite liegen die Winkelführungsplatten dagegen seitlich am Fuß der zu befestigenden Schiene an. Seitenkräfte, die von der Schiene auf die Winkelführungsplatte übertragen werden, können so von der Winkelführungsplatte aufgenommen und in die Schwelle geleitet werden. Die Abstützung der Winkelführungsplatten erfolgt dabei über die von der Schiene abgewandte Seitenfläche der jeweiligen Rille.
Um die von der Schiene im Fahrbetrieb ausgehenden Seitenkräfte auf die betreffende Seitenfläche der Rille sicher zu übertragen, müssen die Winkelführungsplatten eine ausreichende Stärke und Formsteifigkeit besitzen. Diese Anforderung hat zur Folge, dass die in den bekannten Befestigungssystemen eingesetzten Winkelführungsplatten trotz des Umstandes, dass sie aus Kunststoff hergestellt sind, ein erhebliches Gewicht aufweisen. Auch müssen die zu ihrer Herstellung eingesetzten Kunststoffe selbst ausreichend hoch und dauerhaft belastbar sein.
Zur Sicherung der Schiene gegen ein Abheben werden bei den bekannten Schienenbefestigungssystemen üblicherweise Federelemente eingesetzt, die aus einem Federstahl gefertigt sind. Beim Schienenbefestigungssystem W14 werden als Federelemente so genannte ”Spannklemmen” eingesetzt, die aus einem Stabstahl gebogen sind. Diese Spannklemmen sind W-förmig ausgebildet und mit ihrem Mittelabschnitt auf der Winkelführungsplatte verspannt. Dazu ist in der Winkelführungsplatte eine Durchgangsöffnung ausgebildet, durch die die zum Spannen der jeweiligen Spannklemme verwendete Spannschraube in den jeweils in der Schwelle eingelassenen Dübel eingeschraubt werden kann.
Nach Abschluss der Montage liegt die in diesem Zustand gegen die Schwelle verspannte Spannklemme mit ihren vom Mittelabschnitt abgehenden Haltearmen auf dem Fuß der zu befestigenden Schiene auf. Die Haltearme übertragen so Federkräfte auf den Schienenfuß, die einerseits stark genug sind, um ein übermäßiges Abheben der Schiene zu verhindern, andererseits aber auch so elastisch sind, dass die Schiene sich beim Überfahren durch ein Schienenfahrzeug ausreichend in vertikaler Richtung auf und ab bewegen kann. Auf diese Weise ist die Schiene sicher gehalten und kann trotzdem ihre durch das Gewicht und die Fahrbewegung des Schienenfahrzeugs bewirkten Verformungen ausgleichen.
Um die zum Halten der Schiene erforderlichen Federkräfte dauerhaft und sicher übertragen zu können, weisen die im Befestigungssystem W14 und vergleichbar aufgebauten Systemen eingesetzten Spannklemmen jeweils eine komplexe Form auf. So sind die Schenkel des in der Regel U-förmigen Mittelabschnitts an ihren Enden aufeinander zulaufend so gebogen, das der zwischen ihnen verbleibende Abstand kleiner als der Durchmesser der zum Verspannen der Spannklemme eingesetzten Spannschraube ist. Auf diese Weise umschlingt der Mittelabschnitt in der Montagestellung verliersicher die Spannschraube.
Im Anschluss an die so gebildete Verengungsstelle gehen die Schenkel des Mittelabschnitts in einer nach unten und außen führenden Biegung jeweils in einen Torsionsabschnitt über, der im weiteren Verlauf gerade gebogen ist. An die beiden Torsionsabschnitte der Spannklemme schließt sich in einer weiteren Biegung jeweils ein Haltearm an, der im ungespannten Zustand der Klemme eine in der Seitenansicht ca. 160° umspannende Wölbung beschreibt. Auf diese Weise liegen die freien Enden der Haltearme bei auf der Winkelführungsplatte vormontierter Spannklemme unterhalb des Niveaus des Mittelabschnitts.
Über eine weitere Biegung gehen die freien Enden der Haltearme jeweils in eine Abkröpfung über, die in der Draufsicht im Wesentlichen rechtwinklig zum Mittelabschnitt der Spannklemme ausgerichtet sind. Der freie Abstand zwischen dem Mittelabschnitt und den Abkröpfungen am Ende der Haltearme ist dabei geringer als der geringste Durchmesser der Spannklemme. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich in einem größeren Behälter gesammelte Spannklemmen nicht miteinander verhaken.
Spannklemmen der voranstehend beschriebenen Art haben sich insbesondere im Bereich solcher Gleisstrecken bewährt, die im Mischbetrieb, also sowohl von Hochgeschwindigkeitszügen als auch von Schwerlastzügen, befahren werden. Diesem Erfolg steht allerdings gegenüber, dass die Spannklemmen nach einer gewissen Einsatzdauer ermüden und ersetzt werden müssen. Darüber hinaus ist ihre Herstellung aufgrund der komplexen Formgebung relativ aufwändig.
Ein Schienenbefestigungssystem der eingangs angegebenen Art ist aus der FR 26 34 801 A1 bekannt. Auch dieses bekannte Befestigungssystem basiert auf einer Betonschwelle, in die eine sich quer zur Längserstreckung der zu befestigenden Schiene erstreckende Stützfläche eingeformt ist. Im Unterschied zum voranstehend erläuterten W14-Befestigungssystem ist die Stützfläche dabei jedoch breiter als die Breite des Schienenfußes. An ihren sich parallel zur Längserstreckung der zu befestigenden Schiene erstreckenden Schmalseiten geht die Stützfläche jeweils in einer Stufe über in eine Aufplattfläche, die bezogen auf das Niveau der Stützfläche höher liegt als die Stützfläche. Im Bereich der Stufe ist dabei eine im Wesentlichen senkrecht zur Stützfläche stehende Kraftaufnahmefläche ausgebildet. Im auch nach der Montage der Schiene frei beleibenden Bereich zwischen dem Schienenfuß und den beiden Stufen ist in die Stützfläche jeweils eine Aufnahme für einen Dübel eingeformt, in den sich eine Spannschraube einschrauben lässt.
Zum Befestigen der Schiene ist bei dem aus der FR 26 34 801 A1 bekannten System ebenfalls eine Winkelführungsplatte vorgesehen. Diese in der Draufsicht rechtwinklig ausgebildete Winkelführungsplatte weist einen Zentralabschnitt auf, an dessen einer Schmalseite ein ausgehend von dem Zentralabschnitt sich nach unten erstreckender Stützabschnitt angeformt ist. In den Eckbereichen der vom Stützabschnitt abgewandten Seite ist an die eben ausgebildete Oberseite der Winkelführungsplatte jeweils zusätzlich ein Führungsabschnitt angeformt. Beide Führungsabschnitte stehen mit ihren freien Enden über den Zentralabschnitt hinaus. Schließlich ist in die Winkelführungsplatte an zentraler Stelle eine Durchgangsöffnung eingeformt, durch die bei auf der Schwelle aufgesetzter Winkelführungsplatte die Spannschraube in den in der Schwelle jeweils vorhandenen Dübel geschraubt werden kann.
Als Federelement werden bei dem aus der FR 26 34 801 A1 bekannten Befestigungssystem zwei unterschiedlich lange flache Blechelemente verwendet, die nach Art einer Blattfeder wirken.
Im fertig montierten Zustand des aus der FR 26 34 801 A1 bekannten Systems sitzt jeweils eine Winkelführungsplatte in einem der seitlich der Schiene im Bereich der Stützfläche frei bleibenden Räume. Die Winkelführungsplatten überbrücken dabei den Abstand zwischen Schienenfuß und Stufe, so dass ihr Stützabschnitt mit seiner Anlagefläche jeweils an der ihm zugeordneten Kraftaufnahmefläche der Schwelle anliegt, während der Zentralabschnitt mit seiner vom Stützabschnitt abgewandten Seitenfläche seitlich am Schienenfuß anliegt. Dabei liegen die Führungsabschnitte der Winkelführungsplatten auf dem Schienenfuß auf, so dass die Winkelführungsplatte nur im Bereich ihres Stützabschnitts auf der Stützfläche steht.
Die Oberseite der Winkelführungsplatten ist in diesem Einbauzustand etwas tiefer positioniert als das Niveau der jeweiligen Aufplattfläche der Schwelle. Auf der Oberseite der Winkelführungsplatten liegt jeweils das längere der Federelemente so ausgerichtet, dass es mit seinem einen Ende auf dem Schienenfuß und mit seinem anderen Ende auf der Aufplattfläche abgestützt ist. Auf dem längeren Federelement ist das kürzere Element angeordnet. Beide Federelemente sind jeweils durch eine als Spannelement wirkende Spannschraube gespannt, die durch die Federelemente und die jeweilige Winkelführungsplatte hindurch in die Schwelle geschraubt ist. Die plattenförmigen Federelemente üben so nach Art einer Blattfeder die erforderlichen elastischen Haltekräfte auf den Schienenfuß aus.
Schienenbefestigungen der aus der FR 26 34 801 A1 bekannten Art werden eingesetzt im Bereich von Strecken, die ausschließlich im Hochgeschwindigkeitsbetrieb befahren werden. Für die dabei auftretenden Belastungen und Verformungen der Schiene reicht die Elastizität des bekannten Systems aus. Für im Mischlastbetrieb betriebene Strecken erweist sich dieses bekannte System jedoch als nicht ausreichend dauerfest. Insbesondere ist die Gesamtelastizität des Systems nicht hoch genug, um im Schwerlastbetrieb eine ausreichende Beweglichkeit der Schiene bei gleichzeitig genügend hohen Haltekräften zu gewährleisten.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der Praxis ein Befestigungssystem bekannt, bei dem ein unter der Bezeichnung ”Spannklemme SKL2” angebotenes Federelement der eingangs angegebenen Art eingesetzt wird. Diese Spannklemme weist einen U-förmigen Mittelabschnitt auf, dessen Schenkel parallel verlaufen und an ihren Enden jeweils in einer kontinuierlichen, wendepunktfreien und nach außen führenden Biegung in jeweils einen Haltearm übergehen. Jeder Haltearm ist auf diese ausgehend vom Ende des ihn tragenden geradlinig ausgebildeten Schenkels um ca. 185° gebogen, so dass sein freies Ende jeweils schräg zum betreffenden Schenkel ausgerichtet ist und sich die gedachten Verlängerungen der Haltearme in der Draufsicht in einem Punkt schneiden, der weit außerhalb des Mittelabschnitts liegt.
Der Radius der Krümmung der Haltearme entspricht dabei genau dem Radius, mit dem der U-förmige Mittelabschnitt zwischen seinen Schenkeln gebogen ist. Der Durchmesser des von den Haltearmen jeweils umfassten Teilkreises ist demzufolge gleich der lichten Weite zwischen den Schenkeln des Mittelabschnitts. Da gleichzeitig die Länge der Schenkel des Mittelabschnitts etwa dem Zweifachen der lichten Weite zwischen ihnen entspricht, sind die freien Enden der Haltearme in der Draufsicht daher etwa auf Höhe der Stelle angeordnet, an der die Haltearme an den sie jeweils tragenden Schenkel angeschlossen sind. Dabei sind die Haltearme, in ihrer Montagestellung betrachtet, nach etwa der Hälfte der von ihnen beschriebenen Biegung nach unten geneigt ausgerichtet.
Zum Befestigen einer Schiene mit Hilfe der voranstehend beschriebenen SKL2-Spannklemme wird eine so genannte ”Rippenplatte” auf einer Schwelle montiert. Diese Rippenplatte trägt eine parallel zur Längserstreckung der Schiene ausgerichtete Rippe. Nach dem Positionieren der zu befestigenden Schiene wird die bekannte Spannklemme mit ihrem Mittelabschnitt derart auf die Rippe gelegt, dass dessen bogenförmiges, die Schenkel des Mittelabschnitts verbindende Teilstück von der Schiene weggerichtet auf der Rippe aufliegt, während die freien Enden der Haltearme auf dem Fuß der Schiene stehen. Mit Hilfe einer Druckplatte und einer Spannschraube wird die Spannklemme dann gegen die Rippenplatte verspannt, so dass sie über ihre Haltearme die erforderliche elastische Haltekraft auf den Schienenfuß ausübt.
Im praktischen Einsatz werden die langen Schenkel der bekannten Spannklemme auf Biegung und Torsion beansprucht. Diese Mischbelastung führt zu einer begrenzten Dauerfestigkeit der bekannten Klemme. Darüber hinaus weisen die relativ kurzen Haltearme auch in Kombination mit den langen Schenkeln des Mittelabschnitts bei den insbesondere im Schwerlast- oder Hochgeschwindigkeitsbetrieb geforderten hohen Haltekräften keine ausreichend federnde Nachgiebigkeit auf, um dauerhaft die erforderliche Beweglichkeit der Schiene in vertikaler Richtung bei gleichzeitig sicherem Halt zu gewährleisten.
Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Federelement zu schaffen, das neben einer verbesserten Dauerbelastbarkeit in der Lage ist, bei optimierten Federeigenschaften hohe Haltekräfte aufzubringen. Ebenso sollte ein System zum Befestigen einer Schiene vorgeschlagen werden, das auch unter hohen Lasten eine lange Lebensdauer seiner Komponenten ermöglicht.
In Bezug auf ein Federelement der eingangs angegebenen Art ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, dass der Radius der Biegung der Haltearme stets größer ist als die halbierte lichte Weite zwischen den Schenkeln des Mittelabschnitts und die Biegung der Haltearme so weit geführt ist, so dass die freien Enden der Haltearme in der Draufsicht gesehen gegen den Mittelabschnitt gerichtet sind.
Erfindungsgemäße Federelemente zeichnen sich zuerst dadurch aus, dass ihre Haltearme in einer kontinuierlichen, stetig dieselbe Krümmung aufweisenden Biegung vom U-förmigen Mittelabschnitt des Federelements ausgehen. Dabei ist der Radius, mit dem die Haltearme gebogen sind, so groß, dass die lichte Weite des von den Haltearmen jeweils umgrenzten Raums größer ist als der Abstand der Schenkel untereinander. Durch diese Formgebung steht im Bereich der gebogenen Haltearme eine große Länge zur Verfügung, über die die Haltearme federnd nachgiebig sind. Die im großen Radius gebogene Form der Haltearme führt dabei dazu, dass die Haltearme im gespannten Zustand im Wesentlichen ausschließlich auf Torsion belastet werden. Da gleichzeitig die Länge jedes Schenkels des Mittelabschnitts verglichen mit der Länge des an ihn jeweils angeschlossenen Haltearms kurz ist, werden auch diese Schenkel in der fertigen Montagestellung nur unwesentlich auf Biegung belastet. Eine die Dauerbiegefestigkeit beeinträchtigende Mischbelastung wird so vermieden, so dass ein erfindungsgemäßes Federelement über eine gegenüber den bekannten Federelementen deutlich verlängerte Einsatzdauer verwendet werden kann.
Dabei weist ein erfindungsgemäßes Federelement eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Funktionssicherheit auf. So kann aufgrund der weiten Erstreckung ihrer Haltearme der Mittelabschnitt eines erfindungsgemäßen Federelements problemlos so montiert werden, dass er eine Sicherung gegen ein Kippen des Federelements unter den im praktischen Einsatz auftretenden Kräften bildet.
Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Federelemente besteht darin, dass die Menge des zu ihrer Herstellung benötigten Materials auf ein Minimum reduziert ist. Infolgedessen ist auch das Gewicht eines erfindungsgemäßen Federelements gegenüber dem Gewicht bekannter Federelemente gleicher Leistungsfähigkeit deutlich vermindert.
Im Ergebnis steht mit der Erfindung ein Federelement zur Verfügung, das neben einer verbesserten Dauerbelastbarkeit in der Lage ist, bei optimierten Federeigenschaften hohe Haltekräfte aufzubringen.
In Bezug auf ein Befestigungssystem der eingangs angegebenen Art wird die oben genannte Aufgabe dementsprechend dadurch gelöst, dass bei einem solchen System das Federelement in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist.
Die Elastizität, mit der ein erfindungsgemäßes Federelement in der Lage ist, die von ihm erzeugte Haltekraft abzugeben, kann dadurch optimiert werden, dass in der Draufsicht gesehen die parallel zum jeweiligen Schenkel gemessene Erstreckung des vom den Haltearmen umgrenzten Bereichs jeweils größer ist als die Länge des dem jeweiligen Haltearm zugeordneten Schenkels des Mittelabschnitts. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht darüber hinaus eine vereinfachte Montage des Federelements, da die Haltearme auf einfache Weise auf den Fuß der zu befestigenden Schiene aufgesetzt werden können und gleichzeitig ausreichend Raum für die Befestigung des Mittelabschnitts zur Verfügung steht. Den selben Zwecken dient es, wenn die Biegung der Haltearme so ausgeführt ist, dass ihre freien Enden direkt auf den Mittelabschnitt zeigen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung beschreibt die Biegung der Haltearme in der Draufsicht jeweils mindestens einen Teilkreis. Bei dieser Formgebung ist eine annähernd gleich verteilte Torsionsbelastung der Federarme über ihre gesamte Länge gewährleistet, so dass sowohl hinsichtlich des Federverhaltens als auch hinsichtlich der Dauerbiegefestigkeit optimale Eigenschaften vorhanden sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Umfang des Teilkreises mindestens 70% des Umfangs eines Vollkreises mit demselben Durchmesser beträgt. Eine weitere Steigerung des Federverhaltens lässt sich in diesem Zusammenhang dadurch erreichen, dass das Verhältnis des Durchmessers des von den Haltearmen jeweils beschriebenen Teilkreises zum Durchmesser des Stabstahls 3 bis 8 beträgt.
Ein erfindungsgemäßes Federelement mit einem für seine Montage verminderten Raumbedarf bei gleichzeitig minimiertem Gewicht und dennoch guten Federeigenschaften ist gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung der Haltearme jeweils mindestens eine Teilellipse beschreibt. Um optimale Federeigenschaften der derart geformten Haltearme zu gewährleisten, ist es günstig, wenn auch in diesem Fall der Umfang der Teilellipse mindestens 70% des Umfangs einer Vollellipse mit denselben Achsenlängen beträgt. Ergänzend kann das Verhältnis des Mittels der Achsenlängen der von den Haltearmen jeweils beschriebenen Teilellipse zum Durchmesser des Stabstahls im Bereich von 3 bis 8 liegen, um weiter verbesserte Eigenschaften der teilelliptisch geformten Haltearme zu erreichen. Diese lassen sich auch dadurch unterstützen, dass das Verhältnis der einen Achse zur anderen Achse der Teilellipse 0,5 bis 2 beträgt.
Gemäß einer weiteren sowohl herstellungstechnisch als auch im praktischen Einsatz besonders vorteilhaften Variante der Erfindung erstrecken sich, von der Seite gesehen, bei ungespanntem Federelement der Mittelabschnitt in einer ersten Ebene und die Haltearme in einer zweiten Ebene, die bezogen auf die erste Ebene schief ausgerichtet ist. Anders als beim Stand der Technik sind dabei weder der Mittelabschnitt noch der Haltearm gewölbt ausgebildet.
Stattdessen erstrecken sich der Mittelabschnitt und die Haltearme in jeweils einer Ebene, so dass sie in der seitlichen Ansicht einen jeweils geradlinigen Verlauf aufweisen. Dabei sind die Ebenen der jeweils vorhandenen Haltearme und des Mittelabschnitts schräg zueinander angeordnet, so dass die Haltearme und der Mittelabschnitt, in der Seitenansicht gesehen, zwischen sich einen Winkel einschließen. Beim Verspannen des Federelements werden der Mittelteil und die Haltearme gegeneinander bewegt, so dass sich der zwischen ihren Ebenen eingeschlossene Winkel verringert. Beste Ergebnisse werden dabei dann erzielt, wenn bei ungespanntem Federelement der zwischen den Ebenen eingeschlossene Winkel 5° bis 40° beträgt.
Weitere Materialeinsparungen können dadurch erreicht werden, dass der freie Abstand der freien Enden der Haltearme zum Mittelabschnitt größer ist als der dickste Durchmesser des Federelements. Diese Maßnahme geht von der Erkenntnis aus, dass es, anders als im Stand der Technik angenommen, in der Praxis nicht erforderlich ist, ein Verketten und Verhaken von in einem Behälter gesammelten Federelementen zu verhindern, sondern dass die auf diese Weise erzielte Gewichtsersparnis wesentlich höher zählt.
Eine besonders gute Montierbarkeit eines erfindungsgemäßen Federelements bei gleichzeitig guter Funktionalität und geringem Platzbedarf ergibt sich, wenn der Radius der Biegung der Haltearme größer ist als die halbe Länge der Schenkel des Mittelabschnitts. Bei dieser Dimensionierung ist sichergestellt, dass die freien Enden der Haltearme jeweils auf der Höhe des gebogenen Teilstücks des U-förmigen Mittelabschnitts enden. Die betreffenden freien Enden, die die vom Federelement erzeugten Haltekräfte auf die Schiene übertragen, können so auf einfache Weise auf den jeweiligen Schienenfuß aufgelegt werden. Gleichzeitig kann das zum Spannen des Federelements eingesetzte und unmittelbar auf den Mittelabschnitt wirkende Spannelement nahe der zu befestigenden Schiene montiert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Federelements und eines unter Verwendung eines solchen Federelements gebildeten Befestigungssystems und seiner übrigen Bestandteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. Dazu wird Bezug genommen auf eine Zeichnung, in der jeweils schematisch Folgendes dargestellt ist:
1a eine Teilansicht einer Schwelle für die Befestigung einer Schiene in Draufsicht;
1b die Teilansicht der Schwelle gemäß 1a in einer seitlichen Ansicht;
2a eine zum Befestigen der Schiene eingesetzte Winkelführungsplatte in Draufsicht;
2b die Winkelführungsplatte in einer frontalen Ansicht;
2c die Winkelführungsplatte in einer seitlichen Ansicht;
3a eine zum Befestigen der Schiene eingesetzte Spannklemme in Draufsicht;
3b die Spannklemme in einer frontalen Ansicht;
3c die Spannklemme in einer seitlichen Ansicht;
3d die Spannklemme in einer perspektivischen Ansicht;
4a ein System zur Befestigung der Schiene in Draufsicht;
4b das System in seitlicher Ansicht.
Die Schwelle 1 ist aus einem Betonwerkstoff hergestellt. Sie besitzt eine Grundform, die an sich von den im Stand der Technik bereits eingesetzten Betonschwellen bekannt ist. Dementsprechend weist die Schwelle 1 im Bereich ihrer seitlichen Enden zwei Befestigungszonen 2 auf, von denen hier nur eine dargestellt ist. Die Befestigungszonen 2 dienen zum Befestigen jeweils einer Schiene S.
In jeder Befestigungszone 2 ist zu diesem Zweck eine Stützfläche 3 ausgebildet, auf der bei fertiger Montage der Fuß Sf der zu befestigenden Schiene S abgestützt ist.
Die quer zur Längserstreckung L der auf der Schwelle 1 zu montierenden Schiene S gemessene Breite B der Stützfläche 3 ist größer als die Breite Bsf des Fußes Sf der Schiene S. An ihren seitlichen, sich parallel zur Längserstreckung L erstreckenden Enden geht die Stützfläche 3 in jeweils einem stufenförmig ausgebildeten Übergang 5, 6 in jeweils eine Aufplattfläche 7, 8 über, die bei in Montagestellung aufgestellter Schwelle 1 bezogen auf das Niveau der Stützfläche 3 höher als die Stützfläche 3 liegt.
Die Aufplattflächen 7, 8 sind eben ausgebildet und gehen an ihren von der Stützfläche abgewandten Rändern 7a, 7b, 7c jeweils stufenlos in seitlich und in Breitenrichtung der Schwelle 1 abfallende Ablaufflächen 9, 10, 11 über. Regenwasser, das auf die Aufplattflächen 7, 8 und die auf ihnen befestigten Elemente trifft, kann so ungehindert abfließen und in der Umgebung der Schwelle 1 versickern.
Die Übergänge 5, 6 sind stufenförmig ausgebildet, so dass zwischen der jeweiligen Aufplattfläche 7, 8 und der Stützfläche 3 jeweils eine Kraftaufnahmefläche 12, 13 ausgebildet ist. Die Kraftaufnahmeflächen 12, 13 sind im Wesentlichen senkrecht zur Stützfläche 3 ausgerichtet, so dass die Stützfläche 3 mit der jeweiligen Kraftaufnahmefläche 12, 13 einen Winkel von jeweils ca. 90° einschließt.
Im Bereich der Übergänge 5, 6 ist ausgehend von der jeweiligen Aufplattfläche 7, 8 in die Schwelle 1 jeweils ein in Form einer bohrungsartigen Einsenkung ausgebildetes Formelement 14, 15 zum Befestigen einer als Spannmittel dienenden Spannschraube P eingeformt. Die betreffenden Formelemente 14, 15 sind dabei bezogen auf die Längserstreckung L mittig zur Schwelle 1 ausgerichtet und schneiden mit ihrem Umfang die jeweilige Kraftaufnahmefläche 12, 13. Ihre Längsachsen A14, A15 sind jedoch jeweils zu der jeweiligen Aufplattfläche 7, 8 hin versetzt angeordnet, so dass bei fertig montiertem Befestigungssystem die mit den Längsachsen A14, A15 zusammenfallende Wirkachse W der von der Spannschraube P aufgebrachten bzw. aufgenommenen Spannkraft F die jeweilige Aufplattfläche 7, 8 von der Stützfläche 3 aus gesehen hinter dem jeweiligen Übergang 4, 5, 6 durchstößt. Um die Befestigung der Spannschraube P in der Schwelle 1 zu ermöglichen, kann in die Formelemente 14, 15 jeweils ein an sich bekannter, hier nicht dargestellter Kunststoffdübel eingesetzt sein. Gleichzeitig können die Formelemente 14,15 wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer geringen Winkelabweichung zur Senkrechten geneigt angeordnet sein, so dass sich ihre Achsen A14, A15 in einem weit unterhalb der Stützfläche 3 liegenden, hier nicht gezeigten Punkt treffen. Eine derart schräge Ausrichtung ermöglicht es mittels einer als Spannelement wirkenden Spannschraube P auf optimierte Weise, die für das Spannen von Federelementen 100, 101 erforderlichen Kräfte auszuüben.
Die in der voranstehend erläuterten Weise ausgebildete Schwelle 1 ermöglicht die Einleitung der für das Verspannen des jeweils verwendeten Federelements 100, 101 benötigten Kraft an einer Stelle der Schwelle 1, die jenseits der Grenze des Übergangs 4,5 der Stützfläche 3 zur jeweiligen Aufplattfläche 7, 8 liegt. Dementsprechend liegt der an der Schwelle 1 vorgesehene Ort für die Befestigung der jeweils als Spannmittel wirkenden Spannschraube P mindestens auf der Grenze des Übergangs 4, 5 zwischen der Stützfläche 3 und der jeweiligen Aufplattfläche 7, 8, und zwar so, dass die Achse W, über die die von der Spannschraube P aufgebrachte oder aufgenommene Kraft wirkt, nicht zuerst durch die Stützfläche 3, sondern zuerst durch die jeweilige Aufplattfläche 7 bzw. 8 verläuft.
Eine erfindungsgemäße Schwelle 1 ist auf diese Weise so eingerichtet, dass die das jeweilige Federelement 100, 101 spannende Kraft F von der Stützfläche 3 aus gesehen hinter der Fläche 12 bzw. 13 in die Schwelle 1 eingeleitet wird, die die Stützfläche 3 im Bereich des jeweiligen Übergangs 4, 5 zur jeweiligen Aufplattfläche 7, 8 seitlich begrenzt. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Schwelle 1 so eingerichtet, dass die zum seitlichen Stützen der Schiene S vorgesehene Winkelplatte 20, 21 sich im Bereich des Übergangs 4, 5 abstützen kann, ohne dass dabei das zum Spannen des Federelements 100, 101 jeweils eingesetzte Mittel (Spannschraube P) belastet wird.
Die zum Befestigungssystem gehörenden Winkelführungsplatten 20, 21 weisen jeweils einen Zentralabschnitt 22 auf, an dessen Unterseite 23 eine Auflagefläche 24 ausgebildet ist. Bei der Montage der Schiene S wird die jeweilige Winkelführungsplatte 20, 21 mit dieser Auflagefläche 24 auf die ihr jeweils zugeordnete Aufplattfläche 7, 8 der Schwelle 1 gesetzt.
An den Zentralabschnitt 22 ist ein von dessen Unterseite nach unten weisender Stützabschnitt 25 angeformt. Die Breite Bst des Stützabschnitts 25 ist dabei wesentlich größer als die Breite Bz des in Draufsicht mittig zum Stützabschnitt 25 ausgerichteten Zentralabschnitts 22.
Der Stützabschnitt 25 weist eine in Montagestellung zur Anlage an die Schiene S kommende erste Anlagefläche 25a und eine der ersten Anlagefläche 25a gegenüberliegende zweite Anlagefläche 25b auf, die in Montagestellung an der Schwelle 1 anliegt. Bei der in den 2a, 2b gezeigten Winkelführungsplatte erstreckt sich der Stützabschnitt 25 über die gesamte Breite der jeweiligen Winkelführungsplatte 20, 21.
Zusätzlich ist in den Zentralabschnitt 22 eine Durchgangsöffnung 26 für die jeweilige als Spannmittel wirkende Spannschraube P eingeformt. Die Besonderheit der Winkelführungsplatten 20, 21 besteht dabei darin, dass die die zentrale, den Zentralabschnitt 22 durchstoßende Achse X der Durchgangsöffnung 26 außerhalb des Stützabschnitts 25 und benachbart zu dessen zweiter Anlagefläche 25b verläuft. Entsprechend der Ausrichtung der Kraftaufnahmeflächen 12, 13 ist dabei die zweite Anlagefläche 25b gegenüber der Auflagefläche 24 so ausgerichtet, dass zwischen der Auflagefläche 24 und der zweiten Anlagefläche 25b ein Winkel von 90° eingeschlossen ist. Selbstverständlich können die zweite Auflagefläche 25b und die Auflagefläche auch in anderer Weise zueinander ausgerichtet sein, wenn dies sich aufgrund einer entsprechenden Formgebung der Schwelle 1 oder eines vorteilhaften Kraftflusses als günstig erweist. Vorzugsweise liegt der betreffende Winkel jedoch im Bereich von 75° bis 105°, insbesondere 85° bis 95°.
Der Zentralabschnitt 22 der Winkelführungsplatten 20, 21 weist auf seiner der Unterseite 23 gegenüber liegenden Oberseite 27 Formelemente zum Führen des auf die jeweilige Winkelführungsplatte 20, 21 aufsetzbaren Federelements 100, 101 zum Aufbringen einer Haltekraft H auf die Schiene S auf. Diese Formelemente sind zum einen in Form von kehlenartig entsprechend dem Durchmesser D der Federelemente 100, 101 eingewölbten Materialverdickungen ausgebildet, die als Schenkel 28, 29 in einem Bogen vom ebenfalls verdickten, die Durchgangsöffnung 26 umgebenden Mittelteil 30 der jeweiligen Winkelführungsplatte 20, 21 abgehen. Das Mittelteil 30 erstreckt sich ausgehend von der ersten Anlagefläche 25a im rechten Winkel zum Stützabschnitt 25.
Die Schenkel 28, 29 sind an die Eckbereiche der vom Stützabschnitt 25 abgewandten Seite des Mittelteils 30 angeschlossen. Die von den Schenkeln 28, 29 und dem Stützabschnitt 25 jeweils begrenzten Abschnitte 31, 32 der Winkelführungsplatten 20, 21 sind jeweils mit einer dünnen Lage des Kunststoffmaterials gefüllt, aus dem die Winkelführungsplatten 20, 21 hergestellt sind. Diese Lagen stellen bei montierter Winkelführungsplatte 20, 21 eine Barriere für Feuchtigkeit dar, die sich auf der Schwelle 1 sammelt.
An ihren den Abschnitten 31, 32 zugeordneten Rändern sind an die Schenkel 28, 29 jeweils Stege 33, 34 angeformt. Diese Stege 33, 34 stellen einen Verdreh-, Durchschub- und Spreizschutz für das auf der jeweiligen Winkelführungsplatte 20, 21 angeordnete Federelement 100, 101 dar. Zum selben Zweck ist auf dem Mittelteil 30 ein um den Rand der Durchgangsöffnung 26 umlaufender Kragen 35 ausgebildet. Dieser Kragen 35 stellt zusätzlich sicher, dass Wasser, das sich auf dem Mittelteil 30 sammelt, nicht in die Durchgangsöffnung 26 gelangt.
Zur Verbesserung der Isolierung der Winkelführungsplatten 20, 21 gegenüber der Schwelle 1 ist an der Unterseite 23 der jeweiligen Winkelführungsplatte 20, 21 ein mindestens abschnittsweise, bevorzugt vollständig um den Rand der Durchgangöffnung 26 umlaufender Kragen 36 angeformt.
Als Federelemente 100, 101 für die Erzeugung der Haltekraft H werden bei dem in der Zeichnung dargestellten Schienenbefestigungssystem zwei Spannklemmen eingesetzt, die jeweils einen U-förmigen Mittelabschnitt 102 aufweisen, dessen Schenkel 103, 104 in jeweils einen Haltearm 105, 106 übergehen. Wesentliches Merkmal der Federelemente 100, 101 ist dabei, dass die Haltearme 105, 106 ausgehend von dem ihnen jeweils zugeordneten Schenkel 103 bzw. 104 des Mittelabschnitts 102 in seitlicher Richtung wegführend in einer kontinuierlich wendepunktfrei verlaufenden, mehr als 180° umfassenden Biegung so weit gebogen sind, dass ihre freien Enden 105a, 106a in Richtung des Mittelabschnitts 102 weisen. In der Regel ist dazu eine Biegung von mehr als 200° notwendig. So beträgt der von der Biegung der Haltearme 105, 106 beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasste Winkelbereich jeweils mindestens 270°.
Der Radius Rb der Biegung, mit der die Haltearme 105, 106 ausgehend von dem sie tragenden Schenkel 103, 104 gekrümmt sind, ist stets größer als die Hälfte der lichten Weite T zwischen den Schenkeln 103, 104. Gleichzeitig ist die Biegung der Haltearme 105, 106 so weit geführt, dass ihre freien Enden 105a, 106a in der Draufsicht gesehen (3a) gegen den Mittelabschnitt 102 gerichtet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verlauf der Krümmung der Haltearme 105, 106 dabei so ausgelegt, dass die freien Enden 105a, 106a der Haltearme 105, 106 in der Draufsicht gesehen etwa auf Höhe des gekrümmten Verbindungsstücks 102a enden, das die Schenkel 103, 104 des U-förmigen Mittelabschnitts 102 miteinander verbindet. In der Draufsicht gesehen ist dementsprechend die parallel zum jeweiligen Schenkel 103, 104 gemessene Erstreckung L1 des von den Haltearmen 105, 106 umgrenzten Bereichs U, d. h. des Bereichs, entlang dessen sich die Haltearme 105, 106 jeweils seitlich erstrecken, jeweils größer als die Länge Ls des dem jeweiligen Haltearm 105, 106 zugeordneten Schenkels 103, 104 des Mittelabschnitts 102. Durch jedes einzelne dieser Gestaltungsmerkmale werden optimierte Federeigenschaften der Federelemente 100, 101 bei gleichzeitig optimierter Montierbarkeit erreicht.
Die wendepunkfreie, kontinuierlich gebogene Formgebung ihrer Haltearme 105, 106 und der ebenso kontinuierlich gebogene, wendepunktfreie Übergang von den Schenkeln 103, 104 des Mittelabschnitts 102 in den ihnen jeweils zugeordneten Haltearm 105, 106 unterstützt diese optimierten Federeigenschaften der Federelemente 100, 101. So wirken die Haltearme 105, 106 nach Art von Sprungfedern, die zum weitaus überwiegenden Teil auf Torsion belastet sind. Dieses einheitliche Belastungsbild führt zu einer deutlich erhöhten Dauerbelastbarkeit bei gleichzeitig gesteigerter Elastizität. Durch die Formgebung der Federelemente 100, 101 und den bewussten Verzicht auf jede Einschnürung oder Verengung beispielsweise im Bereich des Mittelabschnitts ist somit erreicht, dass die Federelemente 100, 101 auch nach langer Einsatzdauer noch die für das Halten der Schiene S erforderliche Haltekraft H abgeben.
Die Federelemente 100, 101 sind bevorzugt aus einem Stabstahl hergestellt. Stahlstäbe lassen sich auf einfache Weise biegeverformen und weisen im gebogenen Zustand gute Federeigenschaften auf.
Eine besonders einfache Formgebung der Haltearme 100, 101 würde sich ergeben, wenn die Biegung der Haltearme 100, 101 in der Draufsicht jeweils einen Teilkreis beschreibt. Für die in der Zeichnung gezeigten Haltearme 105, 106 ist jedoch eine teilelliptische Form gewählt worden, um möglichst schmal bauende Federelemente 100, 101 zur Verfügung zu stellen.
Unabhängig davon, welche Form die Haltearme 105, 106 erhalten, sind sie vorzugsweise so ausgelegt, dass der Umfang der von ihnen beschriebenen Teilfigur (Teilellipse, Teilkreis) mindestens 70% des Umfangs der zugehörigen Vollfigur (Vollellipse, Vollkreis) mit demselben Durchmesser beträgt. So gestaltete Haltearme 105, 106 weisen eine federnde Nachgiebigkeit auf, durch die die im Betrieb auftretenden Vertikalverformungen der Schiene S besonders sicher aufgenommen werden können.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt zusätzlich das Verhältnis (L1 + L2)/2:D des Mittels der Achsenlängen L1, L2 der von den Haltearmen 105, 106 jeweils beschriebenen Teilellipse zum Durchmesser D des Stabstahls 3 bis 8. Auch diese Dimensionierung unterstützt die Federeigenschaften der Federelemente 100, 101. Gleiches stellt sich bei einer kreisförmigen Biegung der Haltearme 105, 106 dann ein, wenn dort das Verhältnis von Durchmesser des von den Haltearmen 105, 106 jeweils umfassten Kreises zum Durchmesser des Stabstahls ebenfalls 3 bis 8 beträgt.
Eine weitere Optimierung der Federeigenschaften der Federelemente 100, 101 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht worden, dass das Verhältnis der einen Achse L1 zur anderen Achse L2 der von den Haltearmen 105, 106 jeweils umfassten Teilellipse 0,5 bis 2 beträgt.
Eine weitere sich in Kombination mit der Formgebung der Schwelle 1 und den Winkelführungsplatten 20, 21 als besonders vorteilhaft erweisende Besonderheit der im Ausführungsbeispiel eingesetzten Federelemente 100, 101 besteht darin, dass sich bei ungespannten Federelementen 100, 101 der wesentliche Teil des Mittelabschnitts 102 in einer ersten Ebene E1 und die Haltearme 105, 106 sich zum wesentlichen Teil in einer zweiten, bezogen auf die erste Ebene, schiefen Ebene E2 erstrecken. Dabei beträgt der zwischen den Ebenen E1, E2 eingeschlossene Winkel α bevorzugt 5° bis 40° (3c).
Die im Ausführungsbeispiel in Kombination mit der Schwelle 1 eingesetzten Federelemente 100, 101 zeichnen sich nicht nur durch optimierte Federeigenschaften aus, sondern auch durch ein minimiertes Gewicht. Dies wird insbesondere durch die kontinuierliche Führung der Biegung erreicht, durch die die Gesamtlänge des für die Herstellung der Federelemente 100, 101 verwendeten Stabstahls auf ein Minimum reduziert ist. Eine zusätzliche Gewichtsreduzierung lässt sich dabei dadurch erreichen, dass der freie Abstand N der freien Enden 105a, 106a der Haltarme 105, 106 zum Mittelabschnitt 102 jeweils größer ist als der dickste Durchmesser D der Federelemente 100, 101.
Zum Befestigen der Schiene S auf der Schwelle 1 wird das aus der Schwelle 1, den Winkelführungsplatten 20, 21, den Federelementen 100, 101 und den Spannschrauben P als Spannmittel gebildete und durch eine elastische Zwischenlage Z ergänzte Befestigungssystem zunächst vormontiert. Eine solche aus elastischem Material gefertigte Zwischenlage Z wird dann vorgesehen, wenn die Schiene S mit definierter Elastizität auf der Stützfläche 3 der Schwelle 1 abgestützt werden soll.
Bei der Vormontage wird zunächst die elastische Zwischenlage Z mittig auf die Stützfläche 3 gelegt. Anschließend werden die Winkelführungsplatten 20, 21 mit ihrer Auflagefläche 24 so auf die ihnen jeweils zugeordneten Aufplattflächen 7, 8 gesetzt, dass sie mit der zweiten Anlagefläche 25b ihres Stützabschnitts 25 an der ihnen jeweils zugeordneten Kraftaufnahmefläche 12 bzw. 13 der Schwelle 1 anliegen und ihre Durchgangsöffnung 26 mit dem ihnen jeweils zugeordneten Formelement 14, 15 der Schwelle 1 fluchten.
Auf die derart ausgerichteten Winkelführungsplatten 20, 21 wird jeweils ein Federelement 100, 101 so gesetzt, dass die Rundung seines Mittelabschnitts 102 und die freien Ende 105a, 106a der Haltearme 105, 106 in Richtung der Stützfläche 3 zeigen. In der Vormontagestellung sind die Federelemente 100, 101 so gegenüber der Stützfläche 3 verschoben, dass die Enden 105a, 106a der Haltearme 105, 106 auf dem Stützabschnitt 25 der jeweiligen Winkelführungsplatte 20, 21 liegen und der zwischen den Stützabschnitten 25 der Winkelführungsplatten 20, 21 vorhandene Raum frei ist, um den Fuß Sf der zu montierenden Schiene S dort ungehindert einsetzen zu können. Schließlich wird die jeweilige Spannschraube P in das zu ihrer Befestigung jeweils vorgesehene Formelement 14, 15 der Schwelle 1 eingeschraubt, bis sie eine zum Halten des jeweiligen Federelements 100, 101 in der Vormontagestellung ausreichende leichte Spannkraft ausübt. Die so hergestellte Vormontagestellung ist in den 4a, 4b für die Winkelführungsplatte 20 und das Federelement 100 dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber in 4a die vormontierte Spannschraube P nicht gezeigt ist. Das Federelement 101 und die Winkelführungsplatte 21 sowie die zugeordnete Spannschraube P werden in entsprechender Weise vormontiert.
Nach der Vormontage wird die Schiene S auf die auf der Stützfläche 3 liegende Zwischenlage Z gesetzt. Sie füllt dabei den zwischen den Winkelführungsplatten 20, 21 vorhandenen Raum, so dass sie mit den Seiten ihres Fußes Sf jeweils dicht an den ersten Anlageflächen 25a der Stützabschnitte 25 der Winkelführungsplatten 20, 21 anliegt. Anschließend werden die Federelemente 100, 101 in Richtung des Schienenfußes Sf verschoben, bis ihre Haltearme 105, 106 mit ihren freien Ende 105a, 106a auf dem Schienenfuß Sf liegen. Anschließend werden die Spannschrauben P angezogen. Auf diese Weise wird der Mittelabschnitt 102 der Federelemente 100, 101 gegen deren Haltearme 105, 106 verspannt, bis der Mittelabschnitt 102 auf dem Mittelteil der jeweiligen Winkelführungsplatte 20, 21 aufliegt.
In diesem fertig verspannten Zustand üben die Haltearme 105, 106 der Federelemente 100, 101 die für den sicheren Halt der Schiene S gegen übermäßige Bewegungen in vertikaler Richtung erforderlichen Haltekräfte H von gegenüberliegenden Seiten her auf den Schienenfuß Sf aus. Dabei werden sie nach Art einer Sprungfeder im Wesentlichen ausschließlich auf Torsion belastet. Gleichzeitig reicht ihre federnde Nachgiebigkeit aus, um die unvermeidbaren Vertikalbewegungen der Schiene S im Betrieb sicher ausgleichen zu können. Die im Betrieb auftretenden Seitenführungskräfte K werden von den Stützabschnitten 25 der Winkelführungsplatte 20, 21 aufgenommen und über die jeweilige Kraftaufnahmefläche 12 oder 13 direkt in die Schwelle 1 geleitet. Sowohl die Spannschrauben P als auch der Zentralabschnitt 22 der Winkelführungsplatten 20, 21 werden auf diese Weise frei gehalten von den Seitenkräften K, so dass auch sie einem geringen Verschleiß ausgesetzt sind und eine dementsprechend hohe Lebensdauer besitzen.

1: Schwelle
2: Befestigungszonen
3: Stützfläche
5, 6: Übergang
7, 8: Aufplattflächen
7a, 7b, 7c: Ränder der Aufplattfläche 7
9, 10, 11: Ablaufflächen
12, 13: Kraftaufnahmeflächen
14, 15: Formelemente (Einsenkung) zum Befestigen der Spannschraube P
20, 21: Winkelführungsplatten
22: Zentralabschnitt der Winkelführungsplatten 20, 21
23: Unterseite des Zentralabschnitts 22
24: Auflagefläche der Winkelführungsplatten 20, 21
25: Stützabschnitt
25a, 25b: Anlageflächen des Stützabschnitts
26: Durchgangsöffnung
27: Oberseite der Winkelführungsplatten 20, 21
28, 29: Schenkel der Winkelführungsplatten 20, 21
30: Mittelteil der Winkelführungsplatten 20, 21
31, 32: Abschnitte der Winkelführungsplatten 20, 21
33, 34: Stege
35: Kragen
36: Kragen
100, 101: Federelemente
102: Mittelabschnitt der Federelemente 100, 101
102a: gebogenes Teilstück des Mittelabschnitts
103, 104: Schenkel der Federelemente 100, 101
105, 106: Haltearme der Federelemente 100, 101
105a, 106a: freie Enden der Haltearme 105, 106
α: zwischen den Ebenen E1, E2 eingeschlossener Winkel
A14, A15: Längsachsen der Formelemente 14, 15
B: Breite der Stützfläche 3
Bsf: Breite des Fußes Sf der Schiene S
Bst: Breite des Stützabschnitts 25
Bz: Breite des Stützabschnitts 25
D: Durchmesser des Stabstahls, aus dem die Federelemente 100, 101 erzeugt sind
E1, E2: Ebenen
F: von der Spannschraube P aufgebrachte Spannkraft
H: von den Federelementen 100, 101 aufgebrachte Haltekraft
K: Seitenkräfte
L: Längserstreckung L der Schiene S
L1, L2: Achsenlängen der von den Haltearmen 105, 106 jeweils beschriebenen Teilellipse
Ls: Länge der Schenkel 103, 104 des Mittelabschnitts 102
N: freier Abstand der freien Ende 105a, 106a der Haltearme 105, 106 zum Mittelabschnitt 102
P: Spannschraube
Rb: Radius der Biegung, mit der die Haltearme 105, 106 ausgehend von dem sie tragenden Schenkel 103, 104 gekrümmt sind
T: lichte Weite zwischen den Schenkeln 103, 104
S: Schiene
Sf: Fuß der Schiene S
U: von den Haltearmen 105, 106 jeweils umgrenzter Bereich
W: Wirkachse der Spannkraft F
X: zentrale Achse der Durchgangsöffnung 26
Z: elastische Zwischenlage

Claims

Federelement für die Befestigung von Schienen (S), mit einem U-förmigen Mittelabschnitt (102), dessen Schenkel (103, 104) in jeweils einen Haltearm (105, 106) übergehen, wobei die Haltearme (105, 106) ausgehend von dem ihnen jeweils zugeordneten Schenkel (103, 104) des Mittelabschnitts (102) in seitlicher Richtung wegführend in einer kontinuierlich und wendepunktfrei verlaufenden, mehr als 180° umfassenden Biegung gebogen, sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Biegung der Haltearme (105, 106) stets größer ist als die halbierte lichte Weite zwischen den Schenkeln (103, 104) des Mittelabschnitts (102)
Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Draufsicht gesehen die parallel zum jeweiligen Schenkel (103, 104) gemessene Erstreckung (L1) des vom den Haltearmen (105, 106) umgrenzten Bereichs (U) jeweils größer ist als die Länge (Ls) des dem jeweiligen Haltearm (105, 106) zugeordneten Schenkels (103, 104) des Mittelabschnitts (102).
Federelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung der Haltearme (105, 106) so weit geführt ist, (102) so dass die freien Enden der Haltearme (105, 106) in der Draufsicht gesehen gegen den Mittelabschnitt (102) gerichtet sind.
Federelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Stabstahl hergestellt ist.
Federelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung der Haltearme (105, 106) in der Draufsicht jeweils mindestens einen Teilkreis beschreibt.
Federelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang des Teilkreises mindestens 70% des Umfangs eines Vollkreises mit demselben Durchmesser beträgt.
Federelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers des von den Haltearmen (105, 106) jeweils beschriebenen Teilkreises zum Durchmesser (D) des Stabstahls 3 bis 8 beträgt.
Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung der Haltearme (105, 106) jeweils mindestens eine Teilellipse beschreibt.
Federelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Teilellipse mindestens 70% des Umfangs einer Vollellipse mit denselben Achsenlängen (L1, L2) beträgt.
Federelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Mittels der Achsenlängen (L1, L2) der von den Haltearmen (105, 106) jeweils beschriebenen Teilellipse zum Durchmesser (D) des Stabstahls 3 bis 8 beträgt.
Federelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der einen Achse (L1) zur anderen Achse (L2) der Teilellipse 0,5 bis 2 beträgt.
Federelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei ungespanntem Federelement (100, 101) der Mittelabschnitt (102) in einer ersten Ebene (E1) und die Haltearme (105, 106) sich in einer zweiten, bezogen auf die erste Ebene (E1) schiefen Ebene (E2) erstrecken.
Federelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Ebenen eingeschlossene Winkel (α) 5° bis 40° beträgt.
Federelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abstand (N) der freien Enden (105a, 106a) der Haltearme (105, 106) zum Mittelabschnitt (102) größer ist als der dickste Durchmesser (D) des Federelements (100, 101).
Federelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (Rb) der Biegung der Haltearme (105, 106) größer ist als die halbe Länge der Schenkel (103, 104) des Mittelabschnitts (102).
System zur Befestigung einer Schiene (S) umfassend eine Schwelle (1) mit einer Stützfläche (3) zum Abstützen des Fußes (Sf) der Schiene (S), einer Winkelführungsplatte (20, 21), die in Montagestellung auf einer Aufplattfläche (7, 8) der Schwelle (S) sitzt und einen Stützabschnitt (25) zum seitlichen Abstützen der Schiene (S) aufweist, und einem auf der Winkelführungsplatte (20, 21) aufsetzbaren Federelement (100, 101) zum Aufbringen einer Haltekraft (H) auf den Fuß (Sf) der Schiene (S), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100, 101) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.