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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schienenlagerung für eine Schiene eines Bahngleises gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf die Verwendung eines vorgespannten Dämpfungselementes für diese Schienenlagerung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Die
DE 44 11 833 A1 zeigt die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmale.
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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. Isolationsprobleme, 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. 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. Hinsichtlich der Normen muss man zwischen Luftschall, Körperschall (Schall, der sich in festen Körpern ausbreitet) und Erschütterungen (Schwingungen von festen Körpern) unterscheiden. 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. Details derartiger Lager sind in den
EP-Schriften 0 837 969 B1 ,
1 068 396 B1 ,
1 118 711 B1 dargestellt. Die dortigen Erkenntnisse werden als Offenbarungen in diese Erfindungsbeschreibung durch Zitat einbezogen. 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 Längsunterstützung der Schiene 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 mit mehrere Profilen aus elastomerem Werkstoff, nämlich einem 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 Schienen befestigungspunkte von Zeit zu Zeit kontrolliert werden; das System eignet sich also nicht für „geschlossene” Systeme 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. 14–18, 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 Hohe 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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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schienenlagerung für eine Schiene eines Bahngleises, insbesondere geeignet für Straßenbahnen im Straßenraum, zu schaffen und damit insbesondere den Körperschall zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird einerseits mit einer Schienenlagerung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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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, erfolgt durch ein Zugglied, z. B. einen reißfesten Faden, eine Nietverbindung, eine Feder oder ein Draht. Alternativ können je nach verwendeter Materialzusammensetzung auch andere Zugglieder verwendet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schienenlagerung ein Dämpfungselement, das neben der Sohlplatte zusätzlich eine dem Schienenfuß zugewandte Deckplatte aufweist, wobei die elastische Schicht zwischen den beiden Platten eingespannt ist. Ferner besteht das Dämpfungselement aus einer oder mehreren elastischen Schichten, die möglichst gleichmäßig durch Zugglieder unter vertikaler Vorspannung stehen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung ist die Verwendung eines vorgespannten Dämpfungselementes für eine Schienenlagerung mit einer unter Last um maximal 0,3 bis 1,9 mm stauchbaren elastischen Schicht aus metallischen oder organischen Federmaterialien, das separat mit einer in die elastische Schicht in geringen horizontalen Abständen von wenigen Zentimetern durch vertikal wirkende Verspannelemente aufgebrachten Vorspannung vorgefertigt ist, zur kontinuierlichen Schienenlagerung eines Gleises, indem es auf einem in Schienenlängsrichtung verlaufenden Unterbau unter dem Schienenfuß platziert wird. Sehr vorteilhaft kann das Dämpfungselement unter dem Schienenfuß geklebt oder mechanisch geklemmt sein.
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Dabei wird aus der dynamischen und statischen Federziffer für das gewählte Material der elastischen Schicht 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 Art der Verwendung der Erfindung umfasst die Anordnung von Rillenschienen eines Gleises, die 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 unter Freilassung einer Nut neben dem Schienenkopf umhüllt werden 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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Bei Bedarf und unabhängig von der Erfindung können 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 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 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. 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. 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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Die erfindungsgemäße Schienenlagerung für eine Schiene eines Bahngleises wird nachfolgend an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele von Dämpfungselementen für die Schiene näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt durch die Schienenlagerung mit einem Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselementes,
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2a eine perspektivische Ansicht eines anderen Dämpfungselementes,
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2b das vergrößerte Detail A aus 2a,
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3a eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Dämpfungselementes,
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3b das vergrößerte Detail aus 3a,
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4a eine Draufsicht auf ein weiteres Dämpfungselement und
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4b eine Seitenansicht des Dämpfungselementes gemäß 4a.
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Die 1 zeigt eine als Rillenschiene ausgebildete Schiene 1 mit dem Schienenkopf 2, 2', dem Schienensteg 3 und dem Schienenfuß 4. In den Laschen- oder Schienen-kammern seitlich des Schienensteges 3 sind Kammerfüllelemente 6, 6' angeordnet, die einerseits bis zum Schienenkopf 2, 2' und andererseits bis zum Schienenfuß 4 reichen und den Schienenfuß 4 überdecken. Anstelle der Rillenschiene kann auch eine Vignolschiene eingesetzt sein, jedoch ist dann der hier dargestellte Verguss 7' seitlich an dem rechten Schienenkopf 2' etwas niedriger angesetzt, da die Vignolschiene keine ausgeprägte Rille aufweist und der Spurkranz eines Rades dann oberhalb des Schienenvergusses 7' neben dem Schienenkopf 2 abrollen muss. Ein unterhalb des Schienenfußes 4 und oberhalb einer Längsschwelle 9 und des darauf befindlichen Vergussmörtels 8 angeordnetes Dämpfungselement 50 wird später noch detaillierter beschrieben werden.
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Die 2a und 2b zeigen ein Dämpfungselement 30, das in definierter Breite, die etwa der Schienenfußbreite entspricht, endlos lang hergestellt werden kann, da es kontinuierlich unter dem Schienenfuß 4 ausgelegt werden soll. Das Dämpfungselement 30 gemäß 2a und 2b besteht aus einer relativ homogenen elastischen Schicht 34 aus einem Elastomer, deren dynamische und statische Federziffer durch entsprechende Materialauswahl so eingestellt wird, dass in der Konstellation gemäß 2a, im Detail A gemäß 2b noch einmal vergrößert gezeigt, das Dämpfungselement 30 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 Deckplatten 31 und in gleicher Weise an der Unter-/Sohlenseite kleine rechteckförmige Deckplatten 32 aus Metall oder hartem Kunststoff angeordnet, die zentrisch durch ein Zugglied 33, hier einen dünnen Draht, verbunden sind.
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In 3a, im Detail B vergrößert in 3b gezeigt, ist dieselbe Konstellation noch einmal dargestellt, jedoch ist in diesem Fall das Zugglied 33 massiv verkürzt, so dass die Deckplatten 31 und die Sohlplatten 32 Druck auf die elastische Schicht 34 aus einem Elastomer ausüben und so eine Vorspannung V erzeugen, die beim Überrollen des Radsatzes dazu führt, dass je nach Vorspannung die Kompression bzw. die Einsenkung der Schiene 1 des Dämpfungselementes 30 nur noch 0,3 bis 1,9 mm beträgt.
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In der 4a sind in einer Draufsicht und in 4b in einer Seitenansicht eines ähnlich wie in den 3a und 3b konfigurierten Dämpfungselementes 40 zu erkennen, wobei hier das Dämpfungselement 40 jedoch mit kreisförmigen, plättchenförmigen Deckplatten 41 und kreisförmigen plättchenförmigen Sohlplatten 42 versehen ist, zwischen die ein Zugglied 43 gespannt ist. Das Zugglied 43 kann, wie zuvor geschildert, ebenfalls verkürzt und verspannt werden, so dass auf die elastische Schicht 44 aus einem Elastomer mit Hilfe der Deck- und Sohlplatten 41 bzw. 42 eine vorbestimmbare Vorspannung aufgebracht werden kann.
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Die bereits vorher beschriebene 1 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.
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Auf der Längsschwelle 9 ist die Schiene 1 mit Schienenkopf 2, 2', Schienensteg 3 und Schienenfuß 4 angeordnet. Die Laschen- oder Schienenkammern sind mit Kammerfüllelementen 6, 6' ausgefüllt, nach außen durch Deckbleche B, die die gesamte Höhe der Außenseite der Kammerfüllkörper 6, 6' überdecken, sowie über den Schienenfuß 4 hinunterreichen, gekapselt. Diese Deckbleche B sind auf die Kammerfüllelemente 6, 6' aufgenagelt. Unter dem Schienenfuß 4 ist ein Dämpfungselement 50, unter Vorspannung stehend und separat vorgefertigt, angeordnet und mit dem Schienenfuß 4 verklebt. Sofern zwischen der Längsschwelle 9 und dem Dämpfungselement 50 eine Lücke vorhanden ist, ist diese durch Vergussmörtel 8 ausgefüllt, so dass die Oberfläche des Vergussmörtels 8 eine kontinuierliche Auflagerung des Dämpfungselementes 50 ermöglicht. Bei Bedarf kann aber dieser Vergussmörtel 8 auch entfallen, 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. Als Längsschwelle 9 kann auch ein gewöhnlicher Betonunterbau oder ähnliches Verwendung finden, und die Kammerfüllkörper 6, 6' sind mit entsprechendem Erdreich E oder anderem geeigneten Material rund um die Schiene 1 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 diese ein Eindringen von Wasser in den Schienenunterbau bzw. in den Bereich der Schienenlagerung verhindern soll. Anstelle eines Steinpflasters P kann auch eine Asphaltschicht aufgebracht sein. Wasser zerstört 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 Betonunterbau übertragen wird. Der Lasteintrag erfolgt mit einer vorher bestimmbaren niedrigen Frequenz und wirkt sich als Körperschall aus, der sich über die Längsschwelle 9 oder den Betonunterbau 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 das vorgespannte Dämpfungselement 50 wird die durch die Last L bewirkte Schieneneinsenkung in der Einsenktiefe T erheblich reduziert, da die Vorspannung einen entsprechenden Widerstand gegen Kompression bildet. Die Reduzierung der Einsenkung auf etwa 0,3 bis 0,8 mm hat 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 diese 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 gezwungenen 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiene
- 2, 2'
- Schienenkopf
- 3
- Schienensteg
- 4
- Schienenfuß
- 6, 6'
- Kammerfüllelement
- 7, 7'
- Vergussmasse
- 8
- Vergussmörtel
- 9
- Längsschwelle
- 30
- Dämpfungselement
- 31
- Deckplatte
- 32
- Sohlplatte
- 33
- Zugglied
- 34
- elastische Schicht
- 40
- Dämpfungselement
- 41
- Deckplatte
- 42
- Sohlplatte
- 43
- Zugglied
- 44
- elastische Schicht
- 50
- Dämpfungsglied
