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Die
Erfindung bezieht sich auf eine ummantelte Bahnschiene, insbesondere
Straßenbahnschiene, zum Einbau in einen Gleiskörper,
auf einen Mantel zum Umschließen von Schienenkammer-Füllkörpern
und zum Unterbauen von Bahnschienen im Gleisbau, ferner auf ein
Verfahren zum Ummanteln von Bahnschienen und ein Verfahren zum Einbau solcher
ummantelter Bahnschienen in einen Gleiskörper, ohne dass
Spannklemmen und Schraubbolzen angewendet werden müssen.
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Es
ist bereits bekannt, Schalldämmkörper an Schienen
für schienengebundene Fahrzeuge zu befestigen (
DE 37 11 190 A1 ),
und zwar werden Formstücke aus Körperschall dämmender
Kunststoffmasse mittels eines Klebers zwischen Schienenkopf und Schienenfuß vor
die Schienenkammern geklebt und Körperschall dämmende
Kunststoffmasse wird zwischen Schienenfuß und Betonbett
eingegossen, wodurch im Querschnitt gesehen ein Mantel aus drei Formteilen
gebildet wird, der die Schiene unter Freilassung der Lauffläche
umgibt. Das Einbaumaterial besteht aus einer Mischung von Kunststoff
auf Polyurethan-Basis und einem mineralischen Zuschlagsstoff, nämlich
Blähtonkörnern. Über die mechanische Tragfähigkeit
und elektrische Isolierfähigkeit der Formteile ist nichts
bekannt.
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Bei
einer bekannten Schalldämmvorrichtung an Straßenbahnschienen
(
DE 40 04 208 A1 )
werden brettartige sowie stangenartige Formteile aus Polyurethan-gebundenen Gummireifenteilen
zur Ummantelung der Straßenbahnschiene benutzt. Die brettartigen
Formteile haben eine Wannenform zur Aufnahme und zum Umgießen
des Schienenfußes und die stangenartigen Formteile weisen
eine den Schienenkammern angepasste Form auf. Die Formteile werden
vorgefertigt und an der Baustelle eingeklebt. Die ummantelte Straßenbahnschiene
ist mittels Bandlaschen zur Befestigung an einem Betonuntergrund vorgesehen,
auf dem die übliche Fahrbahndecke aufgebracht ist. Oberhalb
der Schienenkammer-Formteile sind noch Deckschichten aus Asphalt-Vergußmasse
vorgesehen. Die Formteile aus Polyurethan-gebundenen Altreifenteilen
enthalten jedoch Ruß und weisen Poren zwischen den Gummiteilen
auf, die sich mit Salzwasser füllen können, was
zur Folge hat, dass die spezifische elektrische Leitfähigkeit
der Ummantelung einen Wert aufweist, der Streuströme in
den Untergrund nach sich zieht, die bei gewissen Anwendungen zu
vermeiden sind.
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Bei
einer weiteren bekannten Schienenanordnung (
DE 199 47 931 A1 ) ist eine
Schiene unter Zwischenlage eines Basisprofils aus elastomerem Werkstoff
und einer Grundplatte auf einem Unterbau unter Verwendung von Spannklemmen
und Schraubdübeln befestigt. Füllkörper
aus elastomerem Werkstoff, die an die Schienenkontur angepasst sind,
sind in die Schienenkammern beidseitig des Schienensteges eingefügt
und verjüngen sich zum Schienenfuß hin, um eine
Aussparung zum Eingriff der Spannklemmen der Schienenbefestigung
zu bilden. Die Füllkörper sind mit einer elektrischen
Isolierung versehen, die in einer Ausführungsform jeweils
entlang der Außenseiten der Füllkörper
bis zur Berührung mit dem Basisprofil verlaufen. Die Schiene
samt Ummantelung sitzt in einer Fuge der Fahrbahn aus Beton oder
anderen Baumaterialien, wobei der Beton bis in den Klemmenaussparungsraum
hinreicht.
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Zur
Fahrbahnoberfläche hin sind die Füllkörper
mit einer Schutzschicht versehen, die abriebfest und beständig
gegenüber Ozon, UV-Strahlen, Öl, Benzin und Chemikalien
ist. Als Material der Füllkörper ist eine Kautschukmischung
auf der Basis Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM) genannt,
wobei der Füllkörper einen Kautschuk-Regeneratanteil
von 40 bis 80 Gew.% aufweisen kann. Solche Füllkörper
sind durchvulkanisiert und porenfrei, das heißt der elektrische
Widerstand der Füllkörper kann nicht durch eindringendes
Salzwasser herabgesetzt werden. Aus EPDM bestehende Füllkörper sind
jedoch teuer gegenüber Füllkörpern aus
Polyurethan-gebundenem Altgummi, insbesondere wenn solches Altgummi
nicht nahezu porenfrei verpresst wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Einbau in einen Gleiskörper
geeignete ummantelte Bahnschiene zu schaffen, bei der Schienenkammer-Füllkörper
auch aus porigem Material verwendet werden können, ohne
im Betrieb der Schiene den Untergrund durch elektrische Streuströme
zu belasten.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, eine ummantelte Bahnschiene zu schaffen,
die als solche, ohne zusätzliche Schienenbefestigung mittels Spannklemmen
und Schraubbolzen, in einen Gleiskörper aus Beton eingebaut
und betrieben werden kann.
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Die
gestellte Aufgabe wird aufgrund der Lehren der Ansprüche
1, 16 und 25, 26 gelöst.
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Im
einzelnen wird eine ummantelte Bahnschiene geschaffen, bei der ein äußerer
Mantel aus elektrisch isolierendem Material sowohl den Schienenfuß der
Bahnschiene als auch die Schienenkammer-Füllkörper
umgreift und im so umschlossenen Raum durch Verklebung des Mantels
an dem Schienenkopf wasserdicht abdichtet. Auf diese Weise ist es
möglich, billigere Schienenkammer-Füllkörper
zu verwenden, beispielsweise solche aus Altreifen-Gummiregenerat,
ohne dass die elektrischen Isolationseigenschaften der ummantelten
Bahnschiene insgesamt in unzulässiger Weise beeinträchtigt
werden. Das Material des elektrisch isolierenden äußeren
Mantels ist bereichsweise biegsam, um die Schienenkammer-Füllkörper
in die Schienenkammern einbringen zu können, andererseits
ist das Material in gewissen Bereichen druckfest und von ausreichender
Stärke, um auftretende Belastungen, zum Beispiel in Folge
Autoverkehrs, aufzunehmen und weiterzuleiten, ohne dass Klebestellen
aufbrechen. Aufgrund dieser Konstruktion ist es möglich,
die ummantelte Bahnschiene als solche ohne weitere Befestigungsmittel
in eine Fahrbahnschicht aus Beton einzubeziehen.
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Der äußere
Mantel der ummantelten Bahnschiene besteht vorzugsweise aus einzelnen
Kastenprofilen, die längs der Bahnschiene aneinandergereiht
sind und an ihren Stoßflächen abdichtend miteinander
verbunden sind. Der Boden des Kastenprofils ist als Fußbettabschnitt,
die Seiten sind als Schenkelabschnitte und die Oberseiten sind als
Abdeckabschnitte ausgebildet. Das Kastenprofil weist gewissermaßen
einen Schlitz auf, der durch den Schienenkopf ausgefüllt
wird. An den Berührungsstellen der Abdeckabschnitte mit
dem Schienenkopf sind die Schlitzseiten der Abdeckabschnitte an
die Umrissform des Schienenkopfes angepasst. Der Schienenkopf selbst
wird zur Vorbereitung der Verklebung mit den Abdeckabschnitten sandgestrahlt, um
eventuell anhaftenden Zunder zu beseitigen und die Oberfläche
des Schienenkopfes für eine starke Verklebung aufzurauhen.
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Um
die Schienen eines Gleises parallel zueinander auszurichten, werden
zumeist Spurstangen verwendet, die an den Schienenstegen der parallelen Schienen
befestigt werden und so deren genauen Abstand zueinander garantieren.
Das Anbringen solcher Spurstangen kann für Gleiskurven
als notwendig erachtet werden. Hierfür weisen die Schienenkammer-Füllkörper
und der äußere Mantel der erfindungsgemäßen
Ummantelung Aussparungen zum Durchgriff der Spurstangen zwischen
den parallelen Bahnschienen des Gleises auf. Es versteht sich, dass
die Aussparungen im äußeren Mantel geeignet abgedichtet
werden können, um nicht Wasser ins Innere der Ummantelung
eindringen zu lassen.
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In
der Grundform ist die Schiene mit der erfindungsgemäßen
Ummantelung zum direkten Einbau in eine Fahrbahnschicht aus Beton
geeignet, das heißt benötigt keine übliche
Schienenbefestigung aus Spannklemmen und Schraubbolzen oder -dübeln.
Es ist jedoch auch möglich, bei der erfindungsgemäß ummantelten
Schiene auch eine Schienenbefestigung mit den üblichen
Spannklemmen und Schraubbolzen oder -dübeln anzuwenden,
wenn es die Umstände erforderlich machen, zum Beispiel beim
Einbau auf Bahnschwellen, auch in Rasengleisen. Für solche
Anwendungsfälle weisen die Schienenkammer-Füllkörper
und der äußere Mantel Aussparungen zum Durchgriff
der Spannklemmen auf, die mit isolierendem Material umgeben sind.
Die Lücken zwischen Spannklemmen und Aussparungswänden
werden mit elektrisch isolierendem Material wasserdicht verschlossen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine
Bahnschiene vor ihrer Ummantelung im Querschnitt,
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2 ein
Zwischenstadium der Ummantelung der Bahnschiene,
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3 die
ummantelte Bahnschiene,
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4 ein
Schema der Anbringung von Spurstangen,
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5 die
Klammerbefestigung der ummantelten Bahnschiene, und
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6 einen
abgedichteten Mantelstoß.
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1 bis 3 zeigt
den Ummantelungsvorgang der Bahnschiene 1. Die Schiene 1 weist
einen Schienenkopf 10, einen Schienensteg 11 und
einen Schienenfuß 12 auf. Die dargestellte Straßenbahnschiene
weist außerdem noch eine Rille 13 auf, in die
der Radkranz einer Straßenbahn eintaucht und geführt
wird. Beidseits des Schienensteges 11 sind offene Räume
vorhanden, die als Schienenkammern 14 und 15 (1)
bezeichnet werden. Der Schienenkopf 10 weist Seitenflächen 16 und 17 auf,
die sandgestrahlt sind, um gute Haftflächen für
eine noch zu beschreibende Klebung darzubieten.
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Zwei
Reihen von Schienenkammer-Füllkörpern 2 und 3 sind
zum klemmenden Halt in den jeweiligen Schienenkammern 14 und 15 ausgebildet.
Zu diesem Zweck weisen die Schienenkammer-Füllkörper
jeweilige Rippen 21 und 22 beziehungsweise 31 und 32 auf,
die an die Kontur der Schienenkammern 14 beziehungsweise 15 angepasst
sind und durch jeweilige Längsnuten 20 beziehungsweise 30 voneinander
getrennt sind. Die Schienenkammer-Füllkörper 2, 3 weisen
ferner noch gerade Oberseiten 23 beziehungsweise 33,
gerade Seitenflächen 24 beziehungsweise 34 und
im Wesentlichen schräge Unterseiten 25 beziehungsweise 35 auf.
Wie aus 2, 3 ersichtlich,
stehen die Schienenkammer-Füllkörper 2, 3 aus
ihrer jeweiligen Schienenkammer 14 beziehungsweise 15 vor
und sind räumlich derart angeordnet, dass sie sich im Querschnitt
nahezu zu einem Rechteck ergänzen, wenn sie in ihre Schienenkammern 14, 15 eingefügt
sind.
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Die
dritte Komponente der ummantelten Bahnschiene wird durch einen äußeren
Mantel 4 gebildet, der längs der Schiene 1 aus
einzelnen Kastenprofilabschnitten 40 aufgebaut ist. Die
Kastenprofilabschnitte 40 weisen einen Fußbettabschnitt 41, zwei
Schenkelabschnitte 42, 43 sowie zwei Abdeckabschnitte 44 und 45 auf,
die insgesamt einen Innenraum zur Aufnahme, des Schienenfußes 12, des
Steges 11 und der Füllkörper 2, 3 umgeben.
Soweit die Füllkörper 2, 3 aus
ihren Kammern 14, 15 vorragen, werden sie an ihrer
Unterseite 25, 35 von dem Fußbettabschnitt 41 gestützt.
Die Abdeckabschnitte 44, 45 weisen jeweils Passformflächen 46 und 47 auf,
die an die Umrissform der aufgerauhten Flächen 16 und 17 des
Schienenkopfes 10 angepasst sind. Die Außenseiten
der Schenkelabschnitte 42, 43 tragen Rippeln oder
Wellungen 48 zur besseren Verankerung in Beton.
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Die
Füllkörper 2, 3 dienen zur Schallisolation der
Schienen und bestehen deshalb aus einem geeigneten schallisolierenden
Material. Als solche können elastomere Materialien angesehen
werden, insbesondere Polyurethan und Kautschuk (Gummi). Diese Materialien
sind als jungfräuliche Materialien jedoch teuer, weswegen
Regenerate aus diesen Materialien, insbesondere zerstückeltes
Altgummi (Altgummigranulat) zur Herstellung der Füllkörper 2, 3 in Polyurethan-Bindung
verwendet werden. Das Altgummigranulat wird in Formen unter Zugabe
von 7 bis 15 Gew.% Polyurethan gepresst, wobei Poren zwischen dem
Gummigranulat verbleiben. Das Ausmaß der Porigkeit bestimmt,
zusammen mit dem spezifischen Gewicht des Granulats, das spezifische
Gewicht der Füllkörper, das im Bereich von 400
kg/m3 bis zu 1200 kg/m3 reichen
kann. Die höheren Werte des spezifischen Gewichts zwischen
900 und 1200 kg/m3 werden bei geringer bis
fehlender Porigkeit und entsprechend spezifisch schwererem Ausgangsmaterial
erreicht. Füllkörper von hohem spezifischen Gewicht
sind gegenüber solchen von porigem und deshalb niedrigerem
spezifischem Gewicht teuer, weswegen bei der vorliegenden Anwendung
Schienenkammer-Füllkörper 2, 3 in
einem Dichtebereich von 400 bis 700 kg/m3 und
bevorzugt zwischen 500 und 600 kg/m3 verwendet
werden. Solche Füllkörper haben eine gute Oberflächennachgiebigkeit
zur Anpassung an die Kontur der Schienenkammern 14, 15 und
zum Festklemmen in der Schienenkammer und sind noch ausreichend
stabil und druckfest gegenüber auftretenden Verkehrsbelastungen
nach dem Einbau.
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Die
Füllkörper 2, 3 können
auch als Schüttungen mit Granulatgemischen hergestellt
werden, wobei der Mantel 4 für den Zusammenhalt
der Füllkörper sorgt. Wenn man mit Altgummigranulat
arbeitet, können solche Füllkörper noch
niedrigere Dichtebereiche als für feste Füllkörper
annehmen, zum Beispiel 200 bis 500 kg/m3.
Bei der Zugabe von mineralischem Korn werden jedoch höhere
spezifische Gewichte der Schüttungen erzielt. Schüttungs-Füllkörper
werden an Stellen angewendet, an denen keine großen Druckbelastungen
zu erwarten sind.
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Der
Mantel 4 besteht aus elektrisch isolierendem Material,
das im Fußbettabschnitt 41 und in den Abdeckabschnitten 44, 45 ausreichend
druckfest sein muss, während das Material in den Schenkelabschnitten 42, 43 eine
gewissen Biegsamkeit besitzen muss. Mit der geeigneten Ausbildung
des Fußbettabschnittes 41 kann man ferner eine
dämpfende Lagerung der Schiene 1 auf dem Unterbau
(Betonplatte, Schwellen) erzielen. Zu diesem Zweck weist der Fußbettabschnitt 41 eine
ausreichend große Dicke und federnde Nachgiebigkeit auf.
Viele Elastomere haben diese Eigenschaften sowohl der Druckfestigkeit, der
Biegsamkeit und federnden Nachgiebigkeit. Besonders geeignet ist
Polyurethan und Kautschuk (Gummi). Während es möglich
ist, diese Materialien in Kombination an dem Mantel 4 zu
benutzen, wird bevorzugt, den Mantel 4 aus einheitlichem
Material herzustellen.
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Die 1 bis 3 zeigen
die Herstellung der ummantelten Bahnschiene in der Fabrik. Auf einen
nicht dargestellten Arbeitstisch werden eine Reihe von Kastenprofilabschnitten 40 mit
ihren Endflächen 49 (6) aneinandergefügt
und abdichtend miteinander verbunden. Die Endflächen 49 weisen sich überlagernde
Falze auf und werden miteinander verklebt. Anschließend
wird eine Schiene 1 mit ihrem Fuß 12 in
den Fußbettabschnitt 41 des Mantels 4 eingefügt.
Die Schienenkammern 14, 15 werden für
das Einführen der Füllkörper 2, 3 geöffnet,
indem die Schenkelabschnitte 42, 43 zur Seite
gebogen werden. Die Füllkörper 2, 3 werden
in ihren zugehörigen Schienenkammern 14, 15 festgeklemmt,
wobei die Nachgiebigkeit der Füllkörper zwischen
den Rippen 21, 22 beziehungsweise 31, 32 ausgenutzt
wird. Anschließend werden die Passflächen 46 und 47 mit Klebstoff
bestrichen und an die aufgerauhten Stellen 16, 17 des
Schienenkopfes 10 wasserdicht angeklebt. Auf diese Weise
wird eine werkseitig ummantelte Bahnschiene erhalten, die in dieser
Form an eine Baustelle gebracht und dort in geeigneter Weise eingebaut
wird.
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Es
ist auch möglich, Granulatgemische in die geöffneten
Schienenkammern 14, 15 (1) einzufüllen
und vor dem Ankleben der Passflächen 46, 47 an
den Schienenkopf 10 das eingefüllten Granulatgemisch
etwas zu verdichten. Solche Schüttungs-Füllkörper
zeigen gute Schallisolationswerte bei niedrigem Materialeinsatz.
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Im
allgemeinen erfolgt der Einbau an der Baustelle durch entsprechendes
Ausrichten der ummantelten Schiene über einen Unterbau
und Untergießen des Fußbettabschnittes 41,
zum Beispiel mit einer aushärtenden Polyurethan-Masse.
Die so fixierten ummantelten Schienen werden anschließend bis
zu einem vorgesehenen Niveau mit Beton umgossen, um die ummantelte
Schiene in dem Gleiskörper zu befestigen und eine Fahrbahnschicht
zu bilden. Bei dieser Art der Befestigung in Beton wird somit keine
Schienenbefetigung üblicher Art mit Spannklemmen und Schraubdübel
benötigt.
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Die
Schiene 1 kann auch an der Baustelle ummantelt werden.
Dies kommt jedenfalls dann in Betracht, wenn man in Gleiskurven
Spurstangen 5 zwischen den parallelen Bahnschienen anwenden will. 4 zeigt
die Vorgehensweise in einem solchen Anwendungsfall. Schienenfuß 12 und
Fußbettabschnitt 41 werden miteinander gekoppelt
und die Schiene 1 in richtiger Position oberhalb des Unterbaus
ausgerichtet. Die beiden parallelen Schienen des Kurvenbogens werden
mit Spurstangen 5 miteinander verbunden, wobei die Verbindung
entweder durch Stumpfschweißung oder durch Verschraubung mit
dem Schienensteg 11 erfolgt. Die Spurstangen 5 sind
mit elektrisch isolierendem Material ummantelt, was hier nicht dargestellt
wird. Um die Spurstangen 5 montieren zu können,
weisen die Schenkelabschnitte 43 der Kastenprofilabschnitte 40 Aussparungen 50 auf,
durch die hindurch die Enden 51 der Spurstangen hindurch
gefädelt werden. Nachdem die Enden 51 an dem Schienensteg 11 befestigt
worden sind, werden die Füllkörper 2 und 3 in
die Schienenkammern eingepresst. Der Füllkörper 3 weist
an seiner Unterseite eine Aussparung 36 auf, die um die
Spurstange 5 herum greift. Die Passflächen 46 und 47 des Mantels 4 werden
anschließend am Schienenkopf 10 festgeklebt, wie
beschrieben. Die Aussparungen 50, 36 werden mit
elektrisch isolierender Masse abgedichtet. Die ummantelte Bahnschiene
wird anschließend bis zu einer gewissen Höhe mit
Beton umgeben, um beispielsweise eine Fahrbahn für bereifte Fahrzeuge
herzustellen oder vorzubereiten.
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Wie
in der werkseitig vorgefertigten Variante können Schüttungs-
Füllkörper auch an der Baustelle hergestellt werden,
indem man in der beschriebenen Weise vorgeht.
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Die
erfindungsgemäß ummantelte Bahnschiene kann auch
in üblicher Weise unter Verwendung der Schienenbefestigung
mittels Spannklemmen und Schraubdübel in einen Gleiskörper
eingebaut werden, wie dies in 5 dargestellt
ist. Der äußere Mantel 4 weist zu diesem
Zweck seitliche Öffnungen 60 zum Durchgriff von
Spannklemmen 6 auf, die mittels Schraubbolzen oder -dübeln 7 im
Unterbau verankert werden. Dieser Unterbau kann durch Bahnschwellen
oder durch eine Betonplatte gebildet sein. Die Spannklemmen 6 sind
elektrisch isoliert, damit keine leitende Brücke zwischen
Schiene 1 und Untergrund gebildet wird. Die Öffnungen 60,
die sich auch in die jeweiligen Füllkörper 2, 3 hinein
erstrecken, werden mit elektrisch isolierender Masse wasserdicht
verschlossen.
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Wenn
keine Verankerung der ummantelten Schiene in Beton vorgesehen ist,
wird bevorzugt, die Außenseiten der Schenkelabschnitte 42, 43 stufenfrei
und glatt zu lassen, wie in 5 dargestellt.
Dies führt zu einer gewissen Entkopplung zwischen der ummantelten
Schiene und dem seitlich sich anschließenden Bahnkörper,
der beispielsweise eine Pflasterung, aber auch ein Rasenuntergrund
sein kann. In allen diesen Fällen verhindert der äußere
Mantel 4 das Eindringen von Wasser in die Füllkörper 2, 3 bei gleichzeitiger
guter elektrischer Isolation der Schiene 1 gegenüber
der Umgebung.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen sind Abwandlungen möglich.
So können die Abdeckabschnitte 44 und 45 durch
einen Fugenverguss bekannter Art gebildet werden, der die oberen
Enden der Schenkelabschnitte 42, 43 mit dem Schienenkopf 10 wasserdicht
verbindet. Statt die Enden 49 der Kastenprofilabschnitte 40 miteinander
zu verkleben, ist auch Verschweißen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3711190
A1 [0002]
- - DE 4004208 A1 [0003]
- - DE 19947931 A1 [0004]