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Die
Erfindung betrifft eine Schienenlagerung für eine Schiene eines Bahngleises
auf einem im Wesentlichen kontinuierlich gestalteten Unterbau mit zwischen
dem Schienenfuß und
dem Unterbau durchgehend angeordneten Dämpfungselementen und die Verwendung
eines vorgespannten Dämpfungselementes.
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Schienenlagerungen,
bei denen eine Abstützung
der Schiene entlang ihrer Längserstreckung
erfolgt, werden als kontinuierliche Schienenlagerungen bezeichnet.
Der Gegensatz sind Stützpunktlager,
bei denen die Schiene nur punktuell abgestützt wird, meist unter Verwendung
von quer zu den Schienen verlaufenden Schwellen.
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Die
Vorteile der Straßenbahn
im städtischen Nahverkehr
wie Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit werden seit jeher
geschätzt.
Nachteilig werden dagegen u. a. die oft erheblichen Erschütterungen
und die Lärmentwicklung
von Schienenfahrzeugen empfunden. In einer Zeit erhöhten Umweltbewusstseins
kommt daher einer entsprechenden schwingungsdämpfenden Gleislagerung, sowie
einer optimierten Abstimmung zwischen der Oberbaukonstruktion und
den eingesetzten Fahrzeugen große Bedeutung
zu.
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Isolationsproblemen
wie Körperschall,
Luftschall, Korrosion, Streustrom am Straßenbahngleis sollen stets gleichzeitig
gelöst
und optimiert werden. Schwingungsdämpfende Maßnahmen direkt an der Schiene
können
zwar ein hohes Maß an
Schwingungsdämpfung
verbunden mit Wirtschaftlichkeit bieten, sind aber hinsichtlich
des zu dämpfenden
Frequenzspektrums für
höherfrequente
Körperschallimmission
erst ab ca. 30 Hertz effektiv.
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Die
gesetzliche Regelung zum vorbeugenden Umweltschutz stellt an Planer
die Forderung, verkehrsbedingte Geräusche und Erschütterungen richtig einzuschätzen und
gegebenenfalls Minderungsmaßnahmen
im Planungskonzept vorzusehen.
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Grundlage
für sämtliche
diesbezügliche
Verordnungen und Normen ist in Deutschland §§ 41ff, 43 Abs. 1, Satz 1, Nr.
1 des Bundesimmissionsschutzgesetzes vom 15.3.1974, die im Rahmen
der Lärmvorsorge
bei neu zu bauenden oder erheblich umzubauenden Verkehrswege zu
berücksichtigen
sind.
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Hinsichtlich
der Normen muss man zwischen Luftschall, Körperschall (Schall, der sich
in festen Körpern
ausbreitet) und Erschütterungen
(Schwingungen von festen Körpern)
unterscheiden.
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Folgende
Verordnungen, Normen und Richtlinien gelten als maßgeblich:
- – Die
16. BlmSch V (Verkehrsschutzverordnung) vom 12. Juni 1990 – Begrenzung
des Luftschallpegels.
- – DIN
18005 (Schallschutz im Städtebau) – Schalltechnische
Orientierungswerte um lärmarmes
Wohnen zu gewährleisten.
- – DIN
4150 (Erschütterungen
im Bauwesen) – Grundsätze nach
denen Erschütterungen
in baulichen Anlagen vorausermittelt oder gemessen werden können, explizite
Angaben über
die Höhe von
zulässigen
Körperschallpegeln
gibt es nicht.
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Das
Problem der tieffrequenten Schwingungsdämpfung löst das SEDRA@ CX-Lager, dargestellt
in der Firmenschrift Technische Mitteilung Nr. 7.02/09.04 der SEDRA
GMBH, Wiesbaden, DE. Dieses bietet die Möglichkeit Systemfrequenzen
an der Schiene direkt an der Schiene zu dämpfen und somit an die Dämpfungsmöglichkeiten
konventioneller Masse-Feder-Systeme heranzukommen. Das diskrete
Lager, typischerweise im Standard-Schwellenabstand hat eine sehr niedrige
dynamische Steifigkeit zur effizienten Schwingungsdämpfung,
ohne dass eine hohe Einfederung der Schiene notwendig wäre. Das
Lager besitzt ein spezifisches Elastomer mit einer linearen Federkennlinie.
Das Elastomer hat ein niedriges Verhältnis von statischer und dynamischer Steifigkeit
und ausgezeichnete elektrische Widerstandswerte. Das System wird
mit einer Feder vorgespannt. Diese wird bei der Belastung durch
das Fahrzeug vollkommen entlastet, so dass keine Schwingungsübertragung über die
Feder an das Umfeld stattfindet. Obwohl das Lager eine niedrige
dynamische Steifigkeit besitzt, ergibt sich durch die Vorspannung
eine scheinbare hohe statische Steifigkeit. Diese scheinbare hohe
statische Steifigkeit des Systems erlaubt eine vertikale und laterale
Kontrolle der Schienenauslenkung. Eine weiche Feder innerhalb der
steifen Vorspannungsfeder gewährleistet
die Stabilität
des Systems.
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Das
Lager wurde von mehreren Verkehrsbetrieben erfolgreich eingesetzt.
Messungen haben Schwingungsdämpfungswerte
von bis zu 26 dB (A) ergeben und kommen somit an Werte konventioneller
Masse-Feder-Systeme heran. Das Lager lässt sich einfach montieren.
Je nach Anwendungsfall und Kundenspezifikation können die Vorspannung bzw. die
Polyurethanzwischenlagen eingestellt werden. Das Lager kann für alle gängigen Befestigungen
adaptiert und somit komplett den Kundenwünschen angepasst werden. Es
eignet sich für
den Einsatz bei U-Bahnen, Stadt- und Straßenbahnen und kann sowohl beim
Schottergleis wie auch beim schotterlosen Gleis eingebaut werden.
Für Straßenbahnen
mit Schienenköpfen
im Pflaster- oder Asphalt-Niveau ist diese Bauart der Stützpunkte
nicht optimal geeignet, da die Schienenbefestigungen zu überdecken
sind, was eine Reparatur erschwert.
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Eine
gattungsgemäße Längsunterstützung ist
aus der
DE 38 34 329
A1 bekannt. Hier sind die unterhalb und auf beiden Seiten
längs der
Schiene angeordnete Dämpfungselemente
kontinuierlich ausgebildet, d. h. sie erstrecken sich über die
gesamte Längsausdehnung
der Schiene. Die Schiene wird zusammen mit den Dämmelementen von einem ebenfalls
kontinuierlich ausgebildeten Schienenlager aufgenommen, das eine
Schienenunterlage und mit der Schienenunterlage verschraubte gewinkelte
Klemmplatten aufweist. Die gewinkelten Klemmplatten beaufschlagen
die auf beiden Seiten längs
der Schiene angeordneten Dämpfungselemente
in horizontaler Richtung und dienen dabei als Abstützelemente
für diese
Dämmelemente.
Zwischen dem Fuß der
Schiene und der Schienenunterlage sind die unterhalb der Schiene
angeordneten Dämpfungselemente
vorgesehen. Diese Dämpfungselemente
weisen eine geringere Shore-Härte
als die auf beiden Seiten längs der
Schiene verlaufenden Dämpfungselemente
auf. Bei der bekannten Schienenlagerung ist ein vergleichsweise
starkes Einfedern der Schiene in vertikaler Richtung möglich. Auf
diese Weise soll eine gute Körperschall-
und Luftschalldämmung
bzw. -dämpfung
erreicht werden. Gleichzeitig soll durch die horizontale Abstützung der
Schiene eine ausreichende Stabilisierung der Schiene gewährleistet sein.
Insbesondere sollen keine seitlichen Auslenkungen des Kopfes der
Schiene auftreten, durch die die ausreichende Führung der Schienenräder eines über die
Schiene fahrenden Zuges in Frage gestellt wäre. Tatsächlich wird jedoch die gewünschte fahrdynamisch
sichere Führung
der Schienenräder
eines über
die Schiene fahrenden Zuges mit der bekannten kontinuierlichen Schienenlagerung
nicht erreicht. Vielmehr tritt bei relativ hoher Einfederung ein "Schwimmen" des Zuges relativ
zu dem Unterbau der Schienenlagerung auf. Dabei ist die fahrdynamisch sichere
Führung
der Schienenräder
des Zuges durch die Schiene nicht gewährleistet. Weiterhin wird beim Einfedern
der Schiene bei dieser Bauform ein Anteil der kinetischen Energie
des Zugs durch die Schienenlagerung vernichtet und in Wärme umgewandelt.
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Aus
der
DE 198 45 849
A1 ist eine Schienenanordnung für Straßenbahngleise im Straßenraum, bestehend
aus einer Schiene mit Schienenkopf, Schienensteg und Schienenfuß, wobei
die beiden Schienen eines Gleises durch Spurstangen auf Spurweite
gehalten werden, bekannt. In einer Straßen-Fahrbahn aus Beton oder
dergleichen mit integrierter Fuge ist die Schiene angeordnet. Mehrere Profile
aus elastomerem Werkstoff, nämlich
ein Basisprofil, das unterhalb des Schienenfußes angeordnet ist und beidseitig
mit Flanschen versehen ist, die den Schienenfuß ganz oder teilweise umgreifen,
wobei ferner das Basisprofil mehrere in Schienenlängsrichtung
verlaufende Kanäle
aufweist, die zumeist in einer parallel zur Schienenfußunterseite
verlaufenden Ebene angeordnet sind; zwei Seitenprofilen, die beidseitig
an der Schiene anliegen, wobei bei Verwendung einer Vignolesschiene
das Seitenprofil auf der Radkranzseite vorzugsweise eine Spurrille
aufweist; sowie aus einer Spurstangenummantelung. Das Basisprofil
ruht auf einem kontinuierlichem Unterguss bzw. einer Längsschwelle.
Damit sollen die Schienen im Rahmen des kommunalen Verkehrs eine
geringe Einfederung bis etwa 1,5 mm zulassen, das Kippen der Schiene
reduzieren sowie die Beweglichkeit der Spurstange sicherstellen.
In der Praxis ist das System meist noch zu weich, um zuverlässig eine
unerwünschte
Relativbewegung zum umgebenden Straßenniveau zu vermeiden, damit
dort keine Risse auftreten oder Oberflächenwasser eindringen und Korrosionsschäden oder
Streustromverluste begünstigt.
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Mit
der
DE 195 160 97
A1 wurde eine kontinuierliche Schienenlagerung mit körper- und
luftschalldämpfenden
Eigenschaften vorgeschlagen. Bei der kontinuierlichen Lagerung sollen
in Abständen
von 0,9 bis 2,0 Meter, also im 1,5 bis 3fachen üblichen Schwellenabstand, längs der
Schiene Verspannungs- oder
Vorspannungspunkte nach Art üblicher
Niederhalter für
die Schienenfußbefestigung
am Unterbau vorgesehen werden. Damit wird die Überrollfrequenz am Verspannungspunkt
unter Last entsprechend gesenkt. Dort wird die Schiene vertikal – und horizontal – auf ein
unterhalb der Schiene angeordnetes Dämpfungselement gespannt werden. Trotz
der stützpunktartigen
Vorspannungspunkte soll bei der neuen Schienenlagerung keine Membranwirkung
der Schiene zwischen den Vorspannungspunkten auftreten. Durch die
seitliche Stabilisierung der Schiene, die eine vergleichsweise große Einfederung der
Schiene auch in den Vorspannungspunkten erlaubt, soll es nicht zu
einem Stabilitätsverlust
kommen. Die erforderliche Härte
der Dämpfungselemente
bzw. ihre zulässige
Weichheit hängt
von dem Abstand der Vorspannungspunkte untereinander, von der Ausdehnung
der längs
der Schiene angeordneten und unter horizontaler Vorspannung stehenden Dämpfungselemente
und auch der zu erwartenden Belastung der Schienenlagerung ab. Insgesamt könnten die
Dämpfungselemente
jedoch überraschend
weich ausgebildet werden, ohne dass ein "Schwimmen" der Schienenräder eines Zuges relativ zum
Unterbau der Schienenlagerung beobachtet wird. Um das Dämpfungselement
in den Vorspannungspunkten unter eine größere vertikale Vorspannung achslastabhängig zu
setzen als zwischen den Vorspannungspunkten, kann das Dämpfungselement
in den Vorspannungspunkten eine größere Shore-Härte aufweisen
als zwischen den Vorspannpunkten. Für Straßenbahnen ist diese Methode
wegen der Bauart der Stützpunkte
und Einsenktiefe offensichtlich ungeeignet. Zudem müssen die
Vorspannungs- oder Schienenbefestigungspunkte von Zeit zu Zeit kontrolliert
werden; das System eignet sich also nicht für „geschlossene" im Kreuzungsbereich eines
Straßenraumes.
Eine Vorspannung unter dem Schienenfuß abseits der Befestigungspunkte
ist nur durch die geringe Flächenlast
aufgrund des Gewichtes der Schiene gegeben.
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Letztlich
ist aus der DE-Zeitschrift EI – Eisenbahningenieur (56) 12/2005,
S. 14–16,
Tetzlaff-Verlag, Hamburg, ein Aufsatz von Udo Lenz „Lärmminderung
durch kontinuierliche Schienenlagerung" bekannt. Es wurde eine Minderung
der Schallabstrahlung bewirkt an Schienen, die mittels W-Befestigungen
unter Verwendung von Zwischenlagen der Steifigkeit Cstat = 50–60 kN/mm
auf einem Stahlbetonträgerrost
montiert waren. Hier wurde eine kontinuierliche Schienenlagerung
getestet, bei der zwischen den Schienenstützpunkten eine als Streifenlager ausgebildete
Elastomermatte unter den Schienenfuß gelegt wurde. Zum Einbau
der Lagerstreifen wurde die Schiene leicht angehoben. Dadurch war
es möglich,
die Elastomerstreifen in einer Stärke einzubauen, die über der
Höhe des
vorhandenen Luftspalts liegt. Hierdurch wurde erreicht, dass der
Schienenfuß in
den Lagerstreifen einfedert und das Material eine Bedämpfung der
Schiene bewirkt. Als Flächenlast oder
Vorspannung dient also nur das Gewicht der Schiene in einer Größe von etwa
0,5 N/mm2. Der Versuchsabschnitt zur kontinuierlichen
Lagerung war ca. 50 m lang. Im benachbarten Gleis befand sich der bisherige
Oberbau in seiner ursprünglichen
Form. Daher erfolgten vergleichende Schallmessungen unter Linienbetrieb.
Bei den erfassten Vorbeifahrten wurde ein gemessener und gemittelter
A-bewerteter Summenschallpegel
registriert. Bei der kontinuierlichen Lagerung erzielte man eine
Pegelabnahme um 6 dB(A), das heißt eine Reduktion des Luftschalls vom
Schienenfuß und/oder
Steg.
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Ausgehend
von der
DE 195 16
097 A1 liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine verbesserte
Schienenlagerung, geeignet für
Straßenbahnen
im Straßenraum,
vorzuschlagen und damit insbesondere den Körperschall zu reduzieren.
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Das
Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale der Ansprüche
1 und 8. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Beim
Rollen der Räder
auf der Schiene von spurgeführten
Schienenverkehrsfahrzeugen wird eine Körperschallanregung von Rad
und Schiene bewirkt. Solche Schallimmissionen gelten bei Anwohnern
generell als Störungen
und Belästigungen,
da der Körperschall
in den angrenzenden Gebäuden sog.
Erschütterungen
aktiviert. Gegenwärtig
tritt man auch mit Minderungsmaßnahmen
dieser Problematik entgegen, in dem das innerstädtische Gleis elastisch und – luftschallmindernd – kontinuierlich
gelagert wird. Dadurch wird eine Schall-Pegelminderung erzeugt.
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Der
relevante Frequenzbereich beim Körperschall
beträgt
etwa 10 Hz bis 200 Hz. Inwieweit die durch den Abrollprozess der
Räder auf
der Schiene erzeugten Schallimmissionen am Gebäude die störenden Erschütterungen
erzeugt – hängt auch
immer von der Bauwerksart selbst ab.
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Bekannte
Körperschall
minimierende Systeme sind in ihrer Leistungsfähigkeit eingeschränkt, da die
Einstellung der Elastizität
von Dämpfern
unter der Schiene und damit die maximal mögliche Schieneneinsenkung limitiert
ist. Gerade bei innerstädtischen Strecken,
bei welchen das Gleis an der Oberfläche im Straßenniveau liegt und daher geschlossen
ist, um beispielsweise auch die gleichzeitige Nutzung des Verkehrsraumes
durch den Individualverkehr zu ermöglichen, kann eine Einsenkung
der Schiene von nur max. 1 mm zugelassen werden. Selten lässt der Stand
der gegenwärtigen
Fugentechnologie eine größere Einsenktiefe
zu, ohne den Verguss zwischen Schiene und Umgebung zu zerreißen und
damit den Anfang der Zerstörung
des baulichen Verbund-Systems Schiene/Straße durch Wasser und Verkehrslasten
einzuleiten.
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Wegen
der aber noch weiter gewünschten Pegelminderung
und der nachgewiesenen Korrelation von Einsenkung der Schiene und
damit einer erhöhten
Elastizität
und der Körperschallminimierung ist
eine Verbesserung der konventionellen Systeme gerade für tiefere
Frequenzen erforderlich. Der Versuch, diese mit sog. „Leichten
Masse-Feder Systemen" oder „Schweren
Masse-Feder Systemen" zu minimieren
hat Grenzen. Der Stand der Technik bezeugt, dass die Einstellung
von größeren Elastizitäten zwar
den Körperschall
minimiert, aber im Gegenzuge auch eine Erhöhung des Luftschalls fördern kann
oder umgekehrt.
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Der
Stand der Technik sieht zur Erzielung der Elastizität vor, auch
bei kontinuierlichen Schienenlagerungssystemen zur Luftschallreduktion,
den Schienenfuß elastisch
zu lagern. Dabei kommen vorgefertigte Profile aus Gummi oder Polyurethan
zum Einsatz oder der Schienenfuß wird
mit flüssigen
Polyurethanen untergossen, welche durch Polymerisation vernetzen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht
vor, dass bei einer Schienenlagerung für eine Schiene eines Bahngleises
auf einem im Wesentlichen kontinuierlich gestalteten Unterbau mit
zwischen dem Schienenfuß und
dem Unterbau durchgehend angeordneten Dämpfungselementen bei geschlossenen
Gleisen eine Vergussmasse zwischen Schienenkopf und umgebendem Wegebaumaterial
die Dämpfungselemente
mindestens eine elastische Schicht und in sich eine vertikale Vorspannung
aufweisen, wobei die Vorspannung so gewählt ist, dass die Einsenkung
der Schiene bei gegebener Last durch das überrollende Fahrzeug geringer
ist als die dauerelastische Dehnbarkeit der Vergussmasse.
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Die
elastische Schicht der Dämpfungselemente
soll im Wesentlichen aus metallischen und organischen federnden
Materialien bestehen, vorzugsweise aus für sich bekannten Elastomeren
und deren Mischungen, die sich auf eine bestimmte – dynamische
und statische – Federsteifigkeit,
definiert durch eine Federziffer einstellen lassen. Bevorzugt wird beispielsweise
Polyurethan und Mischung damit. Es ist jedoch auch die Verwendung
mechanischer Federn aus Metall oder Metallverbund möglich.
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Die
erforderliche Vorspannung der Dämpfungselemente,
die vorzugsweise separat vorgefertigt werden, wird durch ein Zugglied
oder Zuganker, beispielsweise einem reißfesten Faden, eine Schraube
bzw. Bolzen-Schrauben-Verbindung,
eine Nietverbindung, eine Feder oder ein Draht realisiert. Alternativ
können
je nach verwendeter Materialzusammensetzung vom Fachmann auch andere
Zuganker angewendet werden.
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Die
Schicht soll bei der ersten Version kontinuierlich oder in geringen
horizontalen Abständen von
wenigen cm durch vertikal wirkende, die Sohlplatte und Schienenfuß miteinander
verbindende Verspannelemente unter Vorspannung gehalten werden.
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Eine
zweite Variante umfasst ein Dämpfungselement,
das neben der Sohlplatte zusätzlich eine
dem Schienenfuß zugewandte
Deckplatte aufweist und die Elastomer-Schicht zwischen den beiden
Platten eingespannt ist.
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Das
Dämpfungselemente
kann ein durchgängiges,
längs der
Schiene verlaufendes zusammengesetztes Dämpfungsprofil aus mehreren
Komponenten aufweisen, darunter zwei Metallplatten als Sohlplatte
und Deckplatte die durch Zuganker verbunden sind, mit denen die
Elastomerschicht unter vertikale Vorspannung setzbar ist.
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Das
Dämpfungselement
kann auch nur aus einer oder mehreren Elastomerschichten bestehen, die
möglichst
gleichmäßig durch
Zuganker unter vertikaler Vorspannung stehen.
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Als
weitere erfindungsgemäße Lösung ist
ein Verfahren herauszustellen, nämlich
die Verwendung eines vorgespannten Dämpfungselementes mit einer unter
Last um maximal 0,3 bis 0,8 mm stauchbaren Schicht aus metallischen
oder organischen Federmaterialien, welches separat vorgefertigt
wird, zur kontinuierlichen Schienenlagerung eines Gleises, indem
es auf einem in Schienenlängsrichtung
verlaufenden Unterbau unter dem Schienenfuß platziert wird.
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Dabei
können
die dynamischen und statischen Federziffer für das gewählte Elastomer die Einsenkung
der Schiene errechnet und für
den Lastfall durch Vorspannung auf eine maximale Einsenktiefe der
Schiene von weniger als 1 mm eingestellt werden.
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Ein
besondere Anwendung der Erfindung umfasst die Anordnung von Rillenschienen
eines Gleises im Bereich einer niveaugleichen Wegkreuzung oder im
Straßenverlauf
auf einem vorgespannten Dämpfungselement
gelagert, seitlich mit Kammerfüllkörpern bestückt und
rundum bis etwa in Höhe Oberkante
Schiene mit Wegebaumaterial umhüllt werden
unter Freilassung einer Nut neben dem Schienenkopf und diese Nut
mit elastischem Vergussmaterial vergossen wird, wobei die Einsenktiefe der
Schiene unter Last geringer eingestellt wird als die dauerelastische
Dehnbarkeit des Vergussmaterials.
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Sehr
vorteilhaft kann das Dämpfungselement
unter den Schienenfuß geklebt
oder mechanisch geklemmt werden.
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Bei
Bedarf und unabhängig
von der Erfindung können
wie üblich
Kammerfüllkörper also
weitere Dämm-
oder Dämpfelemente
zur Schalldämpfung
oder -dämmung
eingesetzt werden.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich vorwiegend mit Körperschall,
wobei jedoch nicht zu übersehen ist,
dass eine Reduktion von Körperschall
an der Schiene zwangsläufig
Sekundär-Luftschall
reduziert und die Membranwirkung von Schienensteg und Schienenfuß und damit
deren Luftschallemission in der Regel ebenfalls behindert.
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Bei
der Erfindung werden vorzugsweise separat vorgefertigte Dämpfungselemente
verwendet. Um eine größere Wirkung
zu erzielen und gleichzeitig die messbare Schieneneinsenkung zu
minimieren und so der Fugentechnologie Rechnung zu tragen, wird
das erfindungsgemäße Dämpfungselement
mit Elastomermaterial vorgespannt und dann unter dem Schienenfuß vorgespannt
montiert. Das Material ist so berechnet bzw. mit seiner statischen
und dynamischen Steifigkeiten derart formuliert, dass es ohne die
Vorspannung bei einer definierten Last von einem Straßenbahnzug
eine Schieneneinsenkung erfahren würde, beispielsweise von ca.
3 mm. Diese Einsenkung wäre
aber für
ein geschlossenes Gleis zu hoch.
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Durch
eine Vorspannung, die einem Äquivalent
von beispielsweise ca. 2,5 mm Einsenkung im Lastfall entspräche, ist
quasi eine derartige Einsenkung vorweggenommen und es würde lediglich
eine konstruktionsbedingte Schieneneinsenkung unter Last von 0,5
mm stattfinden. Nicht nur die Vorwegnahme der Schieneneinsenkung,
sondern auch die Elimination etwaiger Leerwege würde die physikalische Federwirkung
und damit die Dämpfungsleistung auf
ein hohes Niveau bringen.
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Dieses
Prinzip der „Vorspannung" ist für sich schon
aus dem zitierten Stand der Technik für diskrete Schienenlagerung
auf Schwellen oder dergleichen bekannt und erfolgreich erprobt.
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Anhand
eines Ausführungsbeispiels
und einer Zeichnung soll die Erfindung im Folgenden näher erläutert werden;
dabei werden die weiteren Vorteile der Erfindung für den Fachmann
offenbar. Es zeigen:
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1a–c ein erstes
Ausführungsbeispiel
eines Dämpfungselementes
mit einer Rillenschiene in Gebrauchslage im Teilschnitt;
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2a–b ein zweites
Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit einer Rillenschiene analog 1;
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3a–d eine
dritte Ausführungsform
des Dämpfungselementes;
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3e–f eine
vierte Ausführungsform
des Dämpfungselementes;
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4 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung als Schnitt durch eine Schienenlagerung in einer Straße.
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In
den Figuren sind identische Teile oder funktionsgleiche Teile mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Rillenschiene 1 mit
dem Schienenkopf 2 bzw. 2', dem Schienensteg 3 und dem
Schienenfuß 4.
In den Laschenkammern oder Schienenkammern seitlich des Schienensteges 3 sind
Kammerfüllelemente 6 bzw. 6' angeordnet,
die einerseits bis zum Schienenkopf 2, 2' und andererseits
bis zum Schienenfuß 4 reichen
und den Schienenfuß 4 überdecken.
Anstelle der Rillenschiene könnte
hier auch eine Vignolesschiene eingesetzt sein, jedoch wäre dann
der hier dargestellte Verguss 7' seitlich an der Schienenkopfpartie 2' etwas niedriger
angesetzt, da die Vignolesschiene keine ausgeprägte Rille aufweist und der
Spurkranz eines Rades dann oberhalb des Schienenvergusses 7' neben dem Schienenkopf 2 abrollen
muss.
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1b zeigt
als Schienenabschnitt noch den Schienenfuß 4 und darunter angeordnet
ein separat vorgefertigtes erfindungsgemäßes Dämpfungselement 20,
bestehend aus zwei Metallplatten, der Sohlplatte 22 und
der Deckplatte 21, mit der zwischengefügten Elastomer 23.
Die Sohlplatte 22 und die Deckplatte 21 werden
durch Zuganker mittels der Muttern 24 zusammengepresst
und erzeugen so eine Vorspannung im Elastomer, wie dies die Pfeile mit
dem Bezugszeichen V andeuten. In dieser Seitenansicht sieht man,
dass dieses Dämpfungselement 20 etwas
breiter ist als der Schienenfuß 4,
der auf der Deckplatte 21 zur Anlage kommen soll.
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Diese
Situation ist in der Draufsicht gemäß 1c deutlich
zu sehen; darin sind die Vergussmassen und Kammerfüllelemente
nicht dargestellt. Das Dämpfungselement 20 ist
breiter und ragt beidseits des Schienenfußes 4 unter diesem
hervor, wie man an der Deckplatte 21 und den Muttern 24 erkennt.
Ein derart ausgebildetes Dämpfungselement kann
unter den Schienenfuß geklebt
sein oder anderweitig am Schienenfuß befestigt sein, wobei keine Reibung
zwischen der metallenen Deckplatte 21 und der Unterseite
des Schienenfußes 4 vorkommen
soll; Kleber verhindert eine derartige Reibung bzw. Korrosion. Alternativ
kann auch eine dünne
Schaumstoffschicht oder ähnliches
dazwischen angeordnet werden.
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Anstelle
von metallenen Platten für
die Sohlplatte und die Deckplatte 22, 21 können auch
harte Kunststoffplatten Verwendung finden, die es ermöglichen, mit
Hilfe der Muttern 24 auf einen Zuganker Vorspannung aufzubringen,
hier dargestellt durch das Bezugszeichen V.
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2a zeigt
eine ähnliche
Konstellation an einer Rillenschiene, jedoch mit einem modifizierten Dämpfungselement 10.
Dieses Dämpfungselement besteht
hier zunächst
aus einer Sohlplatte 12, einem Elastomer 13 und
an der Sohlplatte befestigten Zugankern 15, die seitlich
am Schienenfuß 4 vorbei greifen. Über diese
Zuganker 15 sind Laschen oder Pratzen 16 gestülpt, die
mit Hilfe der Muttern 14 in der durch einen Pfeil dargestellten
Weise im Uhrzeigersinn niedergeschraubt werden können, so dass, wie das die
Vertikalpfeile V zeigen, eine Vorspannung zwischen dem Schienenfuß 4 und
der Sohlplatte auf das Elastomer 13 aufgebracht wird. Bei
dieser Anordnung sind die Kammerfüllkörper K bzw. K' mit einer Ausnehmung
K1 versehen, um hier ein Werkzeug für das Vorspannen des Dämpfungselements
ansetzen zu können.
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2b zeigt
eine Draufsicht auf diese Konstellation, wobei die Kammerfüllelemente
K, K' und die Vergussmassen 7, 7' der Übersichtlichkeit
halber weggelassen wurden. Deutlich kann man sehen, dass die Pratzen 16 mittels
der Muttern 14 so niedergeschraubt werden können, dass
sie auf dem Schienenfuß 4 aufliegen
und bei weiterem Niederschrauben das Elastomer stauchen. Der Abstand
der Zuganker oder Muttern bzw. Ratzen 16 in Schienenlängsrichtung
hängt von
der aufzubringenden gleichmäßigen Vorspannung
V und dem Elastomer ab bzw. dessen dynamischer Federziffer und statischer
Federziffer.
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In 1 und 2 wurde
ein Schnittbild bzw. eine Draufsicht dargestellt auf eine Schienenanordnung
als solches und mit eingebauten Kammerfüllelementen sowie und einer
zur Straßenoberfläche die Schienenanordnung
abschließende
Vergussmasse.
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3 zeigt in den Teilfiguren 3a bis 3d ein
Dämpfungselement 30,
welches sich wesentlich von den Dämpfungselementen 10 und 20 unterscheidet.
Das Dämpfungselement 30 kann
in definierter Breite, die etwa der Schienenfußbreite entspricht, endlos
lang hergestellt werden, da es kontinuierlich unter dem Schienenfuß 4 ausgelegt
werden soll. In diesem Fall besteht das Dämpfungselement 30 gemäß 3a aus
einer relativ homogenen Elastomermischung 34, deren dynamische
und statische Federziffer durch entsprechende Materialauswahl so eingestellt
wurde, dass in der Konstellation gemäß 3a, im
Detail A noch einmal vergrößert gezeigt als 3c,
das Dämpfungselement
um etwa 1,5 bis 3 mm bei vorgegebener Last von z.B. 100 kN eines Radsatzes
einer Straßenbahn
zusammengepresst wird, die Schiene 1 also so tief einsinken
würde.
Auf der Deckseite des Dämpfungselements 30 sind
kleine rechteckförmige
Platten 31 und in gleicher Weise an der Unterseite/Sohlenseite
kleine rechteckförmige Platten 32 aus
Metall oder hartem Kunststoff angeordnet, die zentrisch durch einen
Zuganker, hier einem dünnen
Draht 33, verbunden sind. Gemäß 3b und
im Detail B vergrößert in 3d gezeigt, ist
dieselbe Konstellation noch einmal dargestellt, jedoch ist in diesem
Fall der Zuganker 33 massiv verkürzt worden, so dass die Deckplatten 31 und
die Sohlplatten 32 Druck auf das Elastomerteil 34 ausüben und
so eine Vorspannung V erzeugen, die beim Überrollen des Radsatzes dazu
führt,
dass je nach Vorspannung die Kompression/die Einsenkung der Schiene
des Dämpfungselementes 30 nur
noch 0,3 bis 1,9 mm beträgt.
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In 3e ist
eine Draufsicht und in 3f eine
Seitenansicht eines ähnlich
wie in den 3a bis 3d konfigurierten
Dämpfungselementes 40 zu
erkennen, wobei hier das Dämpfungselement 40 jedoch
mit kreisförmigen
Deckplättchen 41 und
kreisförmigen
Sohlplättchen 42 versehen
ist, zwischen die ein Zuganker 43 gespannt ist. Der Zuganker 43 kann, wie
zuvor geschildert, ebenfalls verkürzt und verspannt werden, so
dass auf dem Elastomerteil 44 mit Hilfe der Druckplättchen 41 bzw. 42 eine
vorbestimmbare Vorspannung aufgebracht werden kann.
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4 zeigt
einen konkreten Einsatzfall einer Rillenschiene, die im Straßenbereich
eingebaut ist. Die parallel laufende zweite Rillenschiene des Straßenbahngleises
ist nicht dargestellt; beide Rillenschienen sind durch ebenfalls
nicht dargestellte Spurstangen, für sich aus dem Stand der Technik
bekannt, miteinander verbunden, um so die Spurweite des Gleises
zu halten. Auf einer Längsschwelle 9 ist eine
Schiene 1 mit Schienenkopf 2 bzw. 2', Schienensteg 3 und
Schienenfuß 4 angeordnet.
Die Laschenkammern oder Schienenkammern sind mit Kammerfüllelementen 6 bzw. 6' ausgefüllt, nach
außen
durch Deckbleche B, die die gesamte Höhe der Außenseite der Kammerfüllkörper 6 bzw. 6' überdecken
sowie über
den Schienenfuß hinunterreichen,
gekapselt. Diese Deckbleche B sind auf die Kammerfüllelemente 6, 6' aufgenagelt.
Unter dem Schienenfuß ist
ein Dämpfungselement 50,
unter Vorspannung stehend und separat vorgefertigt, angeordnet und
mit dem Schienenfuß verklebt
worden. Sofern zwischen der Längsschwelle 9 und
dem Dämpfungselement 50 eine
Lücke vorhanden
war, ist diese durch Vergussmörtel 8 auszufüllen, so
dass die Oberfläche
des Vergussmörtels 8 eine
kontinuierliche Auflagerung des Dämpfungselementes 50 ermöglicht.
Bei Bedarf kann aber dieser Vergussmörtel 8 auch weg bleiben, sofern
die Längsschwelle 9 entsprechend
geradlinig verläuft
und keine horizontalen Senken und Höhen aufweist, damit das Dämpfungselement 50 bzw.
die Schiene 1 satt aufliegen können. Die Längsschwelle, hier kann auch
ein ganz gewöhnlicher
Betonunterbau oder ähnliches
Verwendung finden, und die Kammerfüllkörper 6, 6' sind mit entsprechendem
Erdreich E oder anderem geeigneten Material rund um die Schiene
aufgefüllt.
Es kann sich ebenso hier um eine Betonmischung oder um einen Estrich
handeln, der bis an die Blechabdeckungen B reicht. Die obere Abdeckung
des Verkehrsraumes, hier eine Straße, kann durch ein Pflaster
P geschehen, damit die vorher festgelegte Oberfläche O in etwa mit dem Schienenkopf 2, 2' abschließt. Die
Lücke zwischen
der Pflasterung P und dem Schienenkopf 2, 2' wird mit einer Vergussmasse 7 bzw. 7' verfüllt. Diese
Masse 7, 7' ist vom
Prinzip her dauerelastisch, da sie ein Eindringen von Wasser in
den Schienenunterbau bzw. in den Bereich der Schienenlagerung verhindern
soll. Anstelle einer Steinpflasters P kann natürlich auch ein Asphaltschicht
aufgebracht sein. Wasser zerstört
bekanntlich durch Eissprengung im Laufe der Zeit jeden Baukörper und
kann die elektrische Leitfähigkeit
der Materialien erhöhen
oder auch Kriechströme
begünstigen,
was auf jeden Fall vermieden werden sollte, um eine langlebige Schienenlagerung
zu erhalten.
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Wenn
eine überrollende
Verkehrslast L, beispielsweise ein Radsatz einer Straßenbahn
mit beispielsweise 100 kN Belastung, über den Schienenkopf 2 rollt,
ist es unvermeidlich, dass neben einer minimalen elastischen Pressung
der Schiene 1 in sich auch die Belastung über den
Schienenfuß 4 in
den Unterbau 9 übertragen
wird. Der Lasteintrag erfolgt mit einer vorher bestimmbaren niedrigen
Frequenz und wirkt sich als Körperschall
aus, der über
die Längsschwelle
oder den Betonunterbau 9 sich fortpflanzt. Gebäude haben
in der Regel eine Eigenfrequenz von etwa 10 Hz, so dass vermieden
werden muss, dass eine entsprechende Körperschallanregung durch die überrollende
Last L über
die Schiene auf den Unterbau 9 weitergegeben wird, der
sich dann fortpflanzt.
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Durch
ein vorgespanntes Dämpfungselement 50 wird
die durch die Last L bewirkte Schieneneinsenkung das elastische
Bauteil 50 in deren Einsenktiefe T erheblich reduziert,
da die Vorspannung natürlich
einen entsprechenden Widerstand gegen Kompression bildet. Die Reduzierung
der Einsenkung auf wünschenswerterweise
etwa 0,3 bis 0,8 mm hat dann zur Folge, dass auch die Vergussmasse 7, 7' an ihrem Übergang
zwischen den Schienenkopf 2, 2' zu dem Pflaster P ebenfalls nur
in dieser Größenordnung
gedehnt wird. Die Einsenkung ist mit dem Bezugszeichen T so dargestellt
wie sie sich an der Vergussmasse 7, 7' und an dem
Dämpfungselement 50 auswirkt.
Ist nun die Dauerelastizität
der Vergussmasse 7, 7' so eingestellt, dass deren dauerelastische
Dehnbarkeit unter dem Betrag von 0,3 bis 0,8 mm liegt, wird es zu
keinen Abreißungen
der Vergussmasse weder zum Schienenkopf 2, 2' noch zu der
Pflasterung P kommen. Damit ist auf Dauer eine wasserdichte Verbindung
am Schienenkopf hergestellt. Neben dieser Eigenschaft ist dann auch
noch die Minimierung des Körperschalls
der Vorteil dieser vorgespannten Dämpfungselemente 50.
Von dem im Prinzip durch die Auflast L ins Schwingen gezwungene
Schienensteg 3 selbst kann auch nur minimal Körperschallschwingung
ausgehen, da die Kammerfüllelemente 6, 6' eine entsprechende
Dämpfung
bewirken und eine Übertragung
auf das umgebende Erdreich bzw. die Pflasterung P minimal ist.