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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene auf einem Träger.
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Schienenbefestigungen bestehen vor allem im Bereich von Weichen aus zahlreichen aufwändigen und kostenintensiven Kleinteilen. Für Nahverkehrstrecken werden mit Ankerschienen versehene Schwellen verwendet, an diesen Ankerschienen kann die Schienenbefestigung variabel auf der Schwelle befestigt werden. Aufeinander folgende Schienenbefestigungen können somit leicht verdreht zueinander fixiert werden.
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Alle herkömmlichen Schienenbefestigungen weisen zur flexiblen Positionierung der Schiene gegenüber dem Träger ein aus mehreren Einzelteilen bestehendes Bauteil mit einem Langloch auf, durch das der horizontale Lastabtrag erfolgt. Dieses Langloch ermöglicht innerhalb gewisser Grenzen eine Rotation der Schienenbefestigung gegenüber dem Träger. Auf diese Weise können Schienen im Weichenbereich in einer nicht senkrechten Position zur Längsachse des Trägers, der z. B. als Fahrbahnplatte oder Schwelle ausgebildet sein kann, befestigt werden. Das bei herkömmlichen Bauteilen vorgesehene Langloch führt jedoch zu einer beträchtlichen Verringerung der vertikalen Lasteinleitung beim Anziehen eines Befestigungsmittels, z. B. einer Hammerkopfschraube. Da die Befestigungsmittel in der Praxis bei der Montage häufig zu stark angezogen werden, kann es zu einem Ausreißen der Ankerschiene kommen, wodurch die entsprechende Schwelle unbrauchbar wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene auf einem Träger anzugeben, mit der eine hohe Anpresskraft erzielt werden kann, so dass die vertikale Lastübertragung zwischen der Ankerschiene und der Befestigungsvorrichtung möglichst hoch ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie ein erstes an dem Träger verankerbares Befestigungselement und ein zweites an der Schiene verankerbares, eine Anlagefläche für einen Schienenfuß aufweisendes Befestigungselement aufweist, wobei das erste und das zweite Befestigungselement jeweils eine Kontaktfläche aufweisen, die bei dem ersten Befestigungselement konkav und bei dem zweiten Befestigungselement gegengleich konvex ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung weist zwei einander ergänzende Befestigungselemente auf, die die gewünschte Drehung der Schiene relativ zum Träger ermöglichen. Das zweite Befestigungselement, das die Anlagefläche für den Schienenfuß aufweist, nimmt horizontale Kräfte auf, die im Fahrbetrieb entstehen, gleichzeitig ist das zweite Befestigungselement an dem Träger verankert, so dass vertikale Lasten aufgenommen werden können. Die beiden Kontaktflächen, die bei dem ersten und dem zweiten Befestigungselement ausgebildet sind, sind so aufeinander abgestimmt, dass eine variable Positionierung des zweiten Befestigungselements möglich ist, auf diese Weise kann die Schiene abweichend von einer rechtwinkligen Position auf dem Träger befestigt werden.
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Im Hinblick auf die Kontaktflächen der Befestigungselemente wird es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass diese kreissegmentförmig ausgebildet sind. Die Kontaktflächen können einen Winkelbereich von beispielsweise 30°–90° aufweisen, so dass auch bei einer beträchtlich von der rechtwinkligen Position abweichenden Lage der Schiene zum Träger eine ausreichende Kraftübertragung über eine zwischen den beiden Kontaktflächen gebildete Berührfläche möglich ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es besonders bevorzugt, dass das zweite Befestigungselement auf dem Träger um einen Befestigungspunkt drehbar anbringbar ist. Dieser Befestigungspunkt ermöglicht eine Lastabtragung in vertikaler Richtung, der Befestigungspunkt ist dabei so gestaltet, dass eine hohe vertikale Kraft übertragen werden kann.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass das erste und/oder das zweite Befestigungselement mittels einer Hakenkopfschraube und/oder einer Hammerkopfschraube an einer hinterschnittenen Nut des Trägers anbringbar ist bzw. sind.
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Der Träger, der als Schwelle oder Fahrbahnplatte ausgebildet sein kann, weist eine an seiner Oberseite eingebettete hinterschnittene Nut auf, an der sich der Kopf einer Hakenkopfschraube oder einer Hammerkopfschraube abstützen kann. Vorzugsweise ist sowohl das erste als auch das zweite Befestigungselement an der Nut des Trägers verankert.
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Eine besonders zuverlässige Funktion ergibt sich, wenn das erste und/oder das zweite Befestigungselement eine kreisförmige Öffnung für ein Befestigungselement aufweist. Vorzugsweise kann das Befestigungselement als Schraube, Hakenkopfschraube oder Hammerkopfschraube ausgebildet sein. Da die Befestigungselemente eine kreisförmige Öffnung, also ein Durchgangsloch, aufweisen, kann auf das bei herkömmlichen Schienenbefestigungen vorhandene Langloch verzichtet werden, das sich in der Praxis als wenig belastbar erwiesen hat. Durch die kreisförmige Öffnung wird ein maximaler Lastabtrag zwischen der Ankerschiene mit der hinterschnittenen Nut und dem Befestigungselement gewährleistet.
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Eine weitere Verbesserung kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt werden, indem das erste Befestigungselement an seiner Unterseite einen in die Nut des Trägers einsetzbaren Vorsprung aufweist. Dieser Vorsprung ist an die Form und Größe der Nut angepasst und verhindert eine Verdrehung des ersten Befestigungselements. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass auf der Oberseite des zweiten Befestigungselements ein Niederhalter für eine Schienenfußummantelung angeordnet ist. Der Niederhalter umgibt den Schienenfuß, gleichzeitig verringert es die Übertragung von aus dem Fahrbetrieb herrührenden Schwingungen auf den Untergrund.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Schienenanordnung, umfassend eine Schiene, die auf einem als Spannbetonschwelle oder Fahrbahnplatte ausgebildeten Träger angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Schienenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schiene mittels Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1–7, die an beiden Seiten der Schiene angeordnet sind, auf dem Träger befestigt ist.
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Vorzugsweise können die ersten und zweiten Befestigungselemente aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polyamid, bestehen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Schienenanordnung mit einer erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung in einer Seitenansicht;
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2 eine Draufsicht der Schienenanordnung von 1;
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3 eine perspektivische Ansicht der Schienenanordnung von 1;
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4 eine um 90° zu der Ansicht von 1 gedrehte geschnittene Ansicht der Schienenanordnung von 1;
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5 eine Explosionszeichnung der einzelnen Komponenten der Schienenanordnung von 1;
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6 eine Draufsicht des ersten Befestigungselements;
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7 eine perspektivische Ansicht des Befestigungselement von 6;
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8 eine Draufsicht des zweiten Befestigungselements;
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9 eine perspektivische Ansicht des Befestigungselements von 6; und
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10 eine perspektivische Ansicht einer Schwelle mit einer elastischen Zwischenlage;
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11 eine geschnittene Ansicht der Schwelle mit Zwischenlage von 10; und
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12 eine weitere perspektivische Ansicht der auf einer Schwelle angeordneten elastischen Zwischenlage.
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Nachfolgend werden die Schienenanordnung und die Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene auf einem Träger unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erläutert.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Träger als Spannbetonschwelle 1 ausgebildet, die mehrere Spanndrähte 2 und ein von der Unterseite abstehendes Bewehrungsgitter 3 aufweist. Die Spannbetonschwelle 1 wird bei der Herstellung einer Schienenfahrbahn in Beton eingegossen. Eine Schiene 4 ist auf der Oberseite der Spannbetonschwelle 1 mittels Befestigungsvorrichtungen 5 fixiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Zeichnungen lediglich eine Seite der Befestigungsvorrichtung 5 dargestellt, die Befestigungsvorrichtungen 5 werden jedoch immer paarweise eingesetzt, um die Schiene 4 von beiden Seiten zu stützen.
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Die Schiene 4 ist für den Nahverkehr vorgesehen, grundsätzlich ist die Befestigungsvorrichtung 5 jedoch nicht darauf beschränkt, da mit der Befestigungsvorrichtung 5 können jegliche Arten von Schienen 4 befestigt werden können.
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Die Schiene 4 weist einen Schienenfuß 6 auf, der von einer Schienenfußummantelung 7 umgeben ist. Die aus einem Elastomer bestehende Schienenfußummantelung 7 verhindert die Übertragung von Schwingungen und Vibrationen von der Schiene 4 auf die Spannbetonschwelle 1 und den Untergrund.
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Die Spannbetonschwelle 1 weist an ihrer Oberseite eine eingebettete Ankerschiene 8 auf, durch die eine hinterschnittene Nut gebildet wird. Die Ankerschiene 8 ist einstückig mit der Spannbetonschwelle 1 ausgebildet.
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Die Befestigung der Schiene 4 auf der Spannbetonschwelle 1 erfolgt mittels der Befestigungsvorrichtungen 5, wobei eine Befestigungsvorrichtung 5 ein erstes Befestigungselement 9 und ein zweites Befestigungselement 10 aufweist. In der Draufsicht von 2 erkennt man, dass die beiden Befestigungselemente 9, 10 eine gemeinsame Berührfläche aufweisen. Das erste Befestigungselement 9 weist eine konkave Kontaktfläche 14 auf, die kreissegmentförmig ausgebildet ist. Das erste Befestigungselement 9 ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weist eine in 6 gezeigte kreisförmige Öffnung 11 auf. Die Befestigung des ersten Befestigungselements 9 an der Spannbetonschwelle 1 erfolgt mittels einer Hammerkopfschraube 12, die umgedreht, das heißt mit nach unten gerichtetem Kopf in die Ankerschiene 8 geschoben wird. Anschließend wird das erste Befestigungselement 9 auf den Schaft der Hammerkopfschraube 12 gesteckt und verschraubt. In 7 erkennt man, dass das erste Befestigungselement 9 an seiner im montierten Zustand unteren Seite einen Vorsprung 13 aufweist. Der quaderförmige Vorsprung 13 erstreckt sich parallel zu Seitenflächen des ersten Befestigungselements 9, die Breite des Vorsprungs 13 ist so gewählt, dass der Vorsprung in die Nut der Ankerschiene 8 eingesetzt werden kann. Der Vorsprung 13 dient als Verdrehsicherung, da er eine Verdrehung des ersten Befestigungselements 9 beim Anziehen der Hammerkopfschraube 12 verhindert.
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Das zweite Befestigungselement 10 weist eine konvex gebildete Kontaktfläche 15 auf, die gegengleich zu der konkaven Kontaktfläche 14 des ersten Befestigungselements 9 ausgebildet ist. Beide Kontaktflächen 14, 15 sind kreissegmentförmig ausgebildet und weisen den gleichen Radius auf. Das zweite Befestigungselement 10 weist eine kreisförmige Öffnung 16 auf, durch die es befestigt wird. Die Befestigung erfolgt ebenfalls mit einer Hammerkopfschraube 12, die durch die Öffnung 16 des zweiten Befestigungselements 10 gesteckt wird und die mit einer Mutter verschraubt wird. Auf der Oberseite des zweiten Befestigungselements 10 befindet sich ein Niederhalter 18, der mit einer Seite an der Schienenfußummantelung 7 anliegt und die Schiene 4 in Position hält.
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Im Bereich einer Weiche weisen benachbarte Schwellen geringfügig unterschiedliche Winkel zur Schiene auf. Bei der Montage werden die Schwellen und die Schienen entlang der geplanten Strecke positioniert, anschließend werden die beiden Befestigungselemente 9, 10 montiert. Während das erste Befestigungselement 9 durch den Vorsprung 13 an seiner Unterseite stets in der gleichen Position montiert wird, ändert sich die Position des zweiten Befestigungselements 10 in Abhängigkeit des jeweiligen Winkels zwischen der Spannbetonschwelle 1 und der Schiene 4. Der Winkelunterschied wird durch die beiden Kontaktflächen 14, 15 der beiden Befestigungselemente 9, 10 ausgeglichen. Der Niederhalter 18 befindet sich auf der Oberseite des zweiten Befestigungselements 10 und klemmt die Schiere 4 sowie die Schienenfußummantelung 7.
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Auf der Oberseite des ersten Befestigungselements 9 ist eine Skala mit einer Winkeleinteilung aufgebracht, auf der Oberseite des zweiten Befestigungselements 10 befindet sich eine Markierung 19, so dass der zwischen der Spannbetonschwelle 1 und der Schiene 4 gebildete Winkel abgelesen werden kann. Auf der Oberseite des zweiten Befestigungselements 10 befindet sich ein viereckiger Vorsprung 20, der eine Verdrehung des Niederhalters 18 bei der Montage verhindert.
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Der Aufbau der Befestigungsvorrichtung 5 gewährleistet einerseits, dass durch das erste Befestigungselement 9 eine Verdrehsicherung gegeben ist, andererseits können sowohl vertikale Kräfte, die aus der Schienenniederhaltung resultieren, als auch horizontale Kräfte, die aus der Kurvenfahrt des Zugs resultieren, in die Schwelle abgetragen werden.
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Die Befestigungsvorrichtung kann an alle gängigen Systeme, die einen Schienenniederhalt bewirken, angepasst werden. Dementsprechend können alle gängigen Niederhaltermechanismen verschiedener Befestigung aufgesetzt werden. Eine Höhenjustierung für die feste Fahrbahn kann implementiert werden, indem die Höhe der Befestigungselemente 9, 10 variiert wird.
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Die Befestigungsvorrichtung 5 ist sowohl für Schotterschwellen als auch für feste Fahrbahnen, z. B. für das von der Anmelderin angebotene System RHEDA City, geeignet.
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Durch die Verwendung der aus Polyamid hergestellten Befestigungselemente 9, 10 zusammen mit der aus einem Elastomer (Gummi) hergestellten Schienenfußummantelung 7 wird eine vollständige elektrische Isolierung der Schiene von der Schwelle gewährleistet. Dazu wird auch der Niederhaltemechanismus für die Schiene elektrisch isoliert von der Hammerkopfschraube ausgeführt.
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Durch die Formgebung des ersten Befestigungselements kann ein maximal zulässiges Drehmoment auf die Mutter bzw. die Kombination aus Hammerkopfschraube 12 und zugehöriger Mutter aufgebracht werden. Daher können auch Muttern mit Sicherungen wie eine Klebsicherung oder eine mechanische Sicherung verwendet werden. Diese gesicherten Muttern erfordern ein erhöhtes Drehmoment.
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10 zeigt die Spannbetonschwelle 1, die an ihrer Oberseite die eingebettete Ankerschiene 8 aufweist, insoweit gleicht die Spannbetonschwelle 1 derjenigen des vorangehenden Ausführungsbeispiels. In 10 erkennt man, dass in die von der Ankerschiene 8 gebildete Nut 21 eine elastische Zwischenlage 22 eingesetzt ist. Die elastische Zwischenlage 22 weist eine rechteckige Grundform auf, an ihrer Unterseite ist ein zylinderförmiger Vorsprung 23 ausgebildet, der sich senkrecht von der elastischen Zwischenlage 22 nach unten erstreckt. Die elastische Zwischenlage 22 und der Vorsprung 23 sind einstückig miteinander ausgebildet und aus einem Elastomer hergestellt. Bei anderen Ausführungen können die Zwischenlage und der Vorsprung auch zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein und nachträglich zusammengefügt werden. Durch den Vorsprung 23 ist die elastische Zwischenlage 22 zentrisch auf der Spannbetonschwelle 1 fixiert, wodurch eine rotationsfreie Positionierung auf der Spannbetonschwelle 1 ermöglicht wird. Auf der elastischen Zwischenlage 22 wird der Schienenfuß der Schiene (nicht dargestellt) angeordnet, so dass die elastische Zwischenlage 22, die auch als Pad bezeichnet wird, winkelunabhängig unterhalb der Schiene fixiert werden kann. Bei dieser Lagerung kann auf weitere elastische Zwischenlagen, die herkömmlicherweise zwischen Schienenbefestigungen und der Unterseite des Schienenfußes angeordnet sind, verzichtet werden.
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Die auf die Zwischenlage 22 wirkenden Querkräfte werden über die (nicht dargestellten) Schienenbefestigungen abgetragen. Die runde, zentrische Fixierung der elastischen Zwischenlage 22 ermöglicht den uneingeschränkten Einsatz bei der in den 1–9 gezeigten Befestigungsvorrichtung, zusätzlich kann sie auch bei anderen herkömmlichen Befestigungssystemen eingesetzt werden. Durch die „Rotierbarkeit” wird gleichzeitig die Wirkung einer Verliersicherung und einer Rutschsicherung erzielt.
