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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungselement gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 für den Gleisbau, worunter insbesondere eine Schienenzwischenlage zu verstehen ist, welche zwischen einer Eisenbahnschwelle und einer auf der Eisenbahnschwelle vibrationsdämpfend zu lagernden Eisenbahnschiene angeordnet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Eisenbahnschienensystem, welches ein derartiges Dämpfungselement enthält.
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Derartige Dämpfungselemente bzw. Schienenzwischenlagen dienen im allgemeinen der elastischen Kopplung zwischen Eisenbahnschiene, nachstehend kurz „Schiene“ genannt, und Eisenbahnschwelle, nachstehend kurz „Schwelle“ genannt. Um höhere elastische Einsenkungen bzw. Einfederungen erzielen zu können, werden nicht mehr so häufig harte Dämpfungselemente, sondern eher weichere Dämpfungselemente aus z.B. weicherem Gummi verwendet.
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Bei der Gleismontage wird eine bereits auf die Schwelle aufgelegte Schiene in Abständen von etwa 150 m verschweißt. Vor dem Verschweißen muss die Schiene vorab verspannt werden, damit die Schiene selbst bei großen Temperaturänderungen keine Verwerfungen erfährt. Für die Verspannung ist es erforderlich, die Enden der Schienen von einigen wenigen cm bis zu ca. 3 m zu ziehen. Bei höheren Verspannwegen tritt bei Dämpfungselementen, die aus einem weichen Material hergestellt sind und somit - vor allem bei höheren Temperaturen - einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen, oft das Problem auf, dass diese aus dem Zwischenraum zwischen der Schiene und der Sperre herauswandern bzw. herausgezogen werden.
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Des Weiteren kommt es durch die dynamische Beanspruchung des gesamten Gleiskörpers vor allem im Kurvenbereich zu Verschleißerscheinungen bei den Dämpfungselementen. Aufgrund von Materialsetzung und verschleißbedingtem Materialabrieb reduziert sich die verbleibende Dicke des Dämpfungselements. Dadurch verringert sich auch die elastische Einfederung der Schiene unter der Radlast eines überfahrenden Zuges. Wenn der Abrieb zu stark und insbesondere an den parallelen Gleiselementen unterschiedlich geworden ist, kann sich die Schienenneigung ändern, was einen Austausch der Dämpfungselemente erfordert. Auch in dem Fall, in dem die Dämpfungselemente aus dem Zwischenraum zwischen der Schiene und der Schwelle herausgezogen werden, müssen diese wieder aufwendig durch erneutes Lösen der Befestigung der Schiene an der Schwelle und ein Hochheben der Schiene wieder eingelegt oder sogar ausgetauscht werden. Dies beeinträchtigt vor allem bei vollautomatischer Gleisverlegung durch Gleisverlegungszüge die Geschwindigkeit und damit auch die Effizienz der Gleisverlegung.
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Ein Lösungsansatz zur Vermeidung der Problematik des Herausziehens bzw. Herauswanderns der Dämpfungselemente sowie deren Verschleiß besteht im Einsatz härterer Dämpfungselemente, welche somit aus härteren, insbesondere kunststoffähnlichen Materialien bestehen. Derartige Materialien weisen eine höhere Härte und einen geringeren Reibungskoeffizienten zwischen dem Dämpfungselement und der Schiene auf. Bei Dämpfungselementen aus derartigen Materialien können Wulste bzw. abgewinkelt vorstehende Vorsprünge an zwei einander gegenüberliegenden Enden vorgesehen werden, welche die Schwelle umgreifen und dadurch einen seitlichen Formschluss zwischen dem Dämpfungselement und der Schwelle herstellen. Die Verwendung von harten Materialien führt jedoch unweigerlich dazu, dass die Qualität der Entkoppelung zwischen Schiene und Schwelle einerseits sowie das Maß an möglicher Einfederung der Schiene andererseits reduziert werden.
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DE 196 23 523 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Auflagerung einer Schiene, insbesondere Eisenbahnschiene, umfassend eine schwellenoberseitig auf einer Schienenschwelle angeordnete Rippenplatte zur Aufnahme des Schienenfußes der jeweiligen Schiene, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene mittels eines Gleitplattenlagers auf der Rippenplatte, wobei das Gleitplattenlager zwischen der Schienenfußuntenfläche und der Rippenplattenoberfläche angeordnet ist.
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Ein gattungsgemäßes Dämpfungselement ist bekannt durch die
GB 2 334 738 A .
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungselement für den Gleisbau zur Anordnung zwischen einer Eisenbahnschwelle und einer Eisenbahnschiene zu schaffen, das einerseits eine gute elastische Einfederung der Schiene und andererseits eine gute Entkoppelung zwischen Schiene und Schwelle ermöglicht, ohne dass dadurch beim Gleisbau eine nennenswerte Gefahr besteht, dass das Dämpfungselement aus dem Zwischenraum zwischen der Schiene und der Schwelle herauswandert bzw. herausgezogen wird. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Eisenbahnschienensystem anzubieten, welches ein vorstehend angegebenes Dämpfungselement enthält.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Dämpfungselement gemäß Anspruch 1 und einem Eisenbahnschienensystem gemäß Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß weist das für den Gleisbau vorgesehene Dämpfungselement wie insbesondere eine Schienenzwischenlage, welche zwischen einer Eisenbahnschwelle und einer auf der Eisenbahnschwelle schwingungsgedämpft zu lagernden Eisenbahnschiene anzuordnen ist, eine erste Kontaktfläche auf, die im Montagezustand in Anlage an die Eisenbahnschiene gelangt und so ausgestaltet ist, dass sie als reibungsmindernde Gleitschicht dient. „Reibungsmindernd“ bedeutet hierbei, dass eine darauf angeordnete bzw. befestigte Eisenbahnschiene sich mit möglichst geringer Reibung auf dem Dämpfungselement verlagern bzw. bewegen kann. Somit wird in dem Fall, dass die Eisenbahnschiene über das Dämpfungselement gleitet, kein unnötiger Abrieb bzw. Verschleiß verursacht, andererseits wird dadurch verhindert, dass die sich bewegende Eisenbahnschiene aufgrund zu hoher Reibungskraft das Dämpfungselement mitreißt und von seiner vorgesehenen Montageposition entfernt. Durch die reibungsmindernde Gleitschicht wird somit ein besseres Gleiten der Eisenbahnschiene - das heißt unter kleinstmöglicher Reibung - auf dem Dämpfungselement ermöglicht.
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Es ist besonders bevorzugt, die Gleitschicht so zu bilden, dass sie eine geringe Rauheit bzw. Rauigkeit aufweist, in anderen Worten also glatt ist.
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In Abhängigkeit der Beschaffenheit der Schienenunterseite kann es auch bevorzugt sein, wenn eine definierte Oberflächenstruktur vorgesehen ist (bspw. Nach VDI 3400). Ferner kann die Reibfläche durch lokale Erhebungen, Wulste oder Noppen die Reibfläche verringert werden, so dass hierdurch die resultierende Gesamtreibkraft verringert wird, da Elastomere nicht dem coulombschen Reibungsgesetz folgen. Besonders vorteilhaft liegt die Höhe der Erhebungen bzw. Ausnehmungen im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 mm.
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Erfindungsgemäß ist die Gleitschicht auf der Oberfläche des Dämpfungselements aufgebracht, ohne dass das darunterliegende Material des Dämpfungselements verändert ist oder verändert zu werden braucht. Somit kann ein derartiges Dämpfungselement auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.
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Ein besonders einfach aufgebautes Dämpfungselement kann dadurch erhalten werden, dass die Gleitschicht Seifenlauge, silikonhaltige Flüssigkeit, Gleitlack oder eine Mischung aus diesen Substanzen enthält, wobei das Auftragen dieser Stoffe beispielsweise durch Sprühen, Walzen oder Pinseln erfolgt. Stattdessen oder zusätzlich kann die Gleitschicht auch durch Beflocken mit kurzstapeligen Textilfasern aus Baumwolle, Polyamid (PA) oder Polyester (PETP) gebildet werden.
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Außerdem ist die Gleitschicht erfindungsgemäß aus einem der Kunststoffe PE, PP, PA oder PETP hergestellt.
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Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn die Gleitschicht durch nachträgliche Modifizierung der Oberfläche, wie beispielsweise durch Halogenierung und/oder Fluorieren, gebildet ist. Auch eine Beflammung oder Plasma- oder Coronabehandlung ist möglich.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Dämpfungselement eine zweite Kontaktfläche aufweist, mit der es auf der Eisenbahnschwelle aufliegt und die als verschleißarme, also geringem Verschleiß unterworfene, Schicht ausgebildet ist. Dadurch wird das Dämpfungselement dann, wenn es beispielsweise durch Vibrationen bei überfahrenden Zügen auf der Eisenbahnschwelle, auf der es aufliegt, Reibung unterworfen ist, nicht durch Abrieb dünner bzw. nur sehr langsam dünner. Dadurch muss es nicht oder nur in sehr großen Zeitintervallen ausgetauscht werden.
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Erfindungsgemäß ist die verschleißarme Schicht aus dem Kunststoff PE-UHMW gebildet. Zusätzlich kann die verschleißarme Schicht vorzugsweise eine Verschleißschutzmischung (bspw. mit Butylkautschuk) enthalten.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch mit einem Eisenbahnschienensystem gelöst, welches eine Eisenbahnschwelle, eine auf der Eisenbahnschwelle gelagerte Eisenbahnschiene und ein Dämpfungselement gemäß vorstehender Beschreibung umfasst, welches zwischen der Eisenbahnschwelle und der Eisenbahnschiene angeordnet ist und dessen Gleitschicht an der Eisenbahnschiene anliegt. Bei einem derartigen Eisenbahnschienensystem ist durch die am Dämpfungselement vorgesehene Gleitschicht zuverlässig gewährleistet, dass das Dämpfungselement keinesfalls aus dem Zwischenraum zwischen der Eisenbahnschiene und der Eisenbahnschwelle beim Gleisbau herausgezogen wird. Die in Verbindung mit der Beschreibung des Dämpfungselements erläuterten Vorteile treffen auch bei dem erfindungsgemäßen Eisenbahnschienensystem zu.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Gleitschicht und/oder die verschleißarme Schicht getrennt von dem Dämpfungselement zu bilden und die jeweiligen Schichten erst nachträglich aufzubringen oder durch entsprechende Oberflächenbehandlung zu erzeugen. Schließlich ist es möglich, Einlegeteile mit den entsprechenden Materialien zu umspritzen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen des Dämpfungselements. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Eisenbahnschienensystem mit einer Eisenbahnschiene, einer Eisenbahnschwelle und einer ersten Ausführungsform eines dazwischen angeordneten Dämpfungselements;
- 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements in perspektivischer Darstellung von unten;
- 3 die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements in perspektivischer Darstellung von oben; und
- 4 das in den 2 und 3 gezeigte Dämpfungselement, wie es auf einer Eisenbahnschwelle angeordnet ist, im Querschnitt.
- 5 zwei weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpfungselements in perspektivischer Darstellung.
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1 zeigt die grundlegende Anordnung eines Eisenbahnschienensystems, bei dem auf einer Schwelle 6 eine Schiene 8 gelagert ist. Die Schiene 8 ist mittels einer Befestigungsanordnung 9, die an sich bekannt ist, deren genaue Ausgestaltung jedoch nicht zur Erfindung gehört und daher keiner detaillierten Beschreibung bedarf, an der Schwelle 6 befestigt. Zwischen der Schiene 8 und der Schwelle 6 ist ein Dämpfungselement 10 - auch Schienenzwischenlage genannt - angeordnet, welches durch die Klemmwirkung der Befestigungsanordnung 9 an Ort und Stelle gehalten und somit vor einem Verrutschen bewahrt wird. In dem Querschnitt der 1 ist zu erkennen, dass in dem Dämpfungselement 10 eine Reihe von nebeneinander angeordneten oberen Noppen 16 sowie versetzt dazu angeordnet eine Reihe von unteren Noppen 17 vorgesehen sind. An der oberen Oberfläche des Dämpfungselements 10, die als Kontaktfläche 20 zur Schiene 8 dient, ist bereichsweise eine Gleitschicht 22 gebildet. „Bereichsweise“ bedeutet hier, dass die Gleitschicht 22 nur jeweils zwischen den oberen Noppen 16 vorgesehen ist. Die Gleitschicht 22 ist so ausgebildet, dass sie eine geringe Rauheit besitzt, somit sehr glatt ist. Sofern die Schiene 8 - beispielsweise beim Gleisbau oder aufgrund von Temperatur- und damit einhergehenden Längenänderungen - eine Relativbewegung zum Dämpfungselement 10 erfährt, kann sie aufgrund der Gleitschicht 22 des Dämpfungselements 10 leicht auf der Gleitschicht 22 gleiten, da die Gleitschicht 22 reibungsmindernd ausgestaltet ist, also eine Reibungspaarung mit der Schiene 8 mit geringem Reibungskoeffizienten darstellt. Somit wird bei einer Bewegung der Schiene 8 keine große horizontale Kraft auf das Dämpfungselement 10 ausgeübt, und das Dämpfungselement 10 wird dadurch nicht aus dem Zwischenraum zwischen der Schiene 8 und der Schwelle 6 herausgezogen.
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Die reibungsmindernde Gleitschicht kann in vorteilhafter Weise durch eine Modifizierung der Oberfläche, wie beispielsweise durch Chlorieren oder Fluorieren gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Gleitschicht auf der Oberfläche des Dämpfungselements 10 aufzubringen, in dem beispielsweise Seifenlauge, silikonhaltige Flüssigkeit oder Gleitlack aufgetragen wird und diese Oberfläche gegebenenfalls zusätzlich beflockt wird. Dabei kann die Gleitschicht aus Hartgummi (eventuell unter Zusatz eines internen Gleitmittels), gebildet sein.
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An der unteren Oberfläche des Dämpfungselements 10, die als zweite Kontaktfläche 30 zur Schwelle 6 dient, ist eine verschleißarme Schicht 32 gebildet, und zwar genau zwischen den unteren Noppen 17. Daher wird selbst dann, wenn die Schiene 8 trotz der Gleitschicht 22 das Dämpfungselement 10 bei einer Bewegung der Schiene 8 mitbewegt, das Dämpfungselement 10 durch die entsprechende Bewegung auf der Schwelle 6 nicht bzw. nicht stark abgenutzt und unterliegt daher nur einem äußerst geringen Verschleiß. Somit muss es nur selten oder sogar nie aus Verschleißgründen ausgetauscht werden. Die verschleißarme Schicht 32 ist aus Kunststoff gebildet und kann außerdem eine Verschleißschutzmischung enthalten.
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Selbstverständlich können die reibungsmindernde Gleitschicht 22 und die verschleißarme Schicht 32 nicht nur bereichsweise an den jeweiligen bezeichneten Kontaktflächen 20 bzw. 30 oder in anders angeordneten Bereichen angeordnet sein, sondern auch vollflächig, das heißt, dass sich die Gleitschicht 22 und die verschleißarme Schicht 32 über die gesamte oder zumindest im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des Dämpfungselements 10 erstrecken.
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2 zeigt perspektivisch von unten eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungselements 10, das sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass es nur obere Noppen 18 aufweist. An der Unterseite der Noppen 18 sowie an der Unterseite einer Umrandung 19, welche die gleiche vertikale Erstreckung aufweist wie die Noppen 18 (vgl. auch 4), ist eine verschleißarme Schicht 32 vorgesehen. Das heißt, dass an denjenigen Flächen der Unterseite des Dämpfungselements 10, die auf einer nicht gezeigten Eisenbahnschwelle aufzuliegen kommen, eine verschleißarme Schicht 32 angeordnet ist, während an denjenigen Stellen der Unterseite des Dämpfungselements 10, an denen weder Noppen 18 noch die Umrandung 19 vorgesehen sind, keine verschleißarme Schicht 32 vorhanden ist. (Der besseren Übersichtlichkeit halber ist nur auf einem Noppen 18 eine verschleißarme Schicht 32 dargestellt). Dadurch wird gewährleistet, dass überall dort, wo sich das Dämpfungselement 10 in Kontakt mit der Schwelle 6 befindet, die verschleißarme Schicht 32 vorgesehen ist. Am linken Ende 12 und am rechten Ende 13 des Dämpfungselements 10 ragt jeweils ein Vorsprung 14 bzw. 15 nach unten - also in einem im Wesentlichen rechten Winkel zur Erstreckungsrichtung des Dämpfungselements 10 hervor. Diese Vorsprünge 14, 15 sind dabei so ausgebildet, dass sie die Schwelle 6 in Längsrichtung des Schienenstrangs umgreifen und dadurch einen Formschluss bilden. Durch diese rippenartigen Vorsprünge 14, 15 wird ein zusätzlicher Beitrag dafür geleistet, dass das Dämpfungselement 10 nicht aus dem Zwischenraum zwischen der Schiene 8 und der Schwelle 6 herausgezogen werden kann. Aus der Darstellung von 3 ist ersichtlich, dass die obere Oberfläche des Dämpfungselements 10, welche eine Kontaktfläche 20 zur darüber angeordneten Schiene 8 bildet, eine reibungsmindernde Gleitschicht 22 mit im Wesentlichen rechteckiger Form gebildet ist.
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Art und Aufbringung der reibungsmindernden Gleitschicht 22 sowie der verschleißarmen Schicht 32 bei dieser Ausführungsform können grundsätzlich genau so sein wie bei der ersten Ausführungsform und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
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Das Dämpfungselement 10 kann erfindungsgemäß mittels eines Zweikomponenten-Spritzgießverfahrens hergestellt werden, bei welchem die reibungsmindernde Gleitschicht zusammen mit dem Grundkörper des Dämpfungselements 10 - also dem Dämpfungselement 10 ohne zusätzliche Schichten - hergestellt wird. Sofern zusätzlich zur Gleitschicht 22 auch eine verschleißarme Schicht 32 hergestellt werden soll, bietet sich die Verwendung eines Dreikomponenten-Spritzgießverfahrens an. Es können jedoch auch die Gleitschicht 22 und/oder die verschleißarme Schicht 32 erst nach Herstellung des Grundkörpers des Dämpfungselements 10 nachträglich aufgebracht werden.
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5a und 5b zeigen weitere bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements 10. Bei diesen ist in Abhängigkeit der Beschaffenheit der Schienenunterseite eine definierte Oberflächenstruktur vorgesehen (bspw. Nach VDI 3400). Ferner ist die Reibfläche durch lokale Erhebungen 40 (bspw. in Form von Wulsten oder Noppen) verringert, so dass hierdurch die resultierende Gesamtreibkraft verringert wird, da Elastomere nicht dem coulombschen Reibungsgesetz folgen. Besonders vorteilhaft liegt die Höhe der Erhebungen bzw. korrespondierender Ausnehmungen im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 mm.
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Bezugszeichenliste
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- 6
- Schwelle
- 8
- Schiene
- 9
- Befestigungsanordnung
- 10
- Dämpfungselement
- 12, 13
- Ende
- 14, 15
- Vorsprung
- 16
- oberer Noppen
- 17
- unterer Noppen
- 18
- Noppen
- 19
- Umrandung
- 20
- erste Kontaktfläche
- 22
- reibungsmindernde Gleitschicht
- 30
- zweite Kontaktfläche
- 32
- verschleißarme Schicht
- 40
- lokale Erhebung
