DE102013105090A1

DE102013105090A1 - Betonschwelle und feste Fahrbahn

Info

Publication number: DE102013105090A1
Application number: DE102013105090.5A
Authority: DE
Inventors: Arnold Pieringer
Original assignee: Rail One GmbH
Current assignee: Rail One GmbH
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-05-18
Also published as: WO2014183925A1; KR102005490B1; HUE14715896T2; CA2910914A1; EP2997194A1; CA2910914C; SA515370146B1; US20160083911A1; DE102013105090B4; EP2997194B1; KR20160009030A; DK2997194T3

Abstract

Betonschwelle (1) für eine feste Fahrbahn (23), mit einem Dübelstein (12), der mit seinem oberen Abschnitt in eine unterseitige Ausnehmung (9) der Betonschwelle (1) eingesetzt und mittels eines aus einem Elastomer hergestellten Rings (14) elastisch gelagert ist und der mit seinem unteren Abschnitt in eine verfüllbare Aussparung (19) einer Deckschicht der festen Fahrbahn (23) einsetzbar ist, wobei an der Unterseite der Betonschwelle (1) eine Sohle (7, 8) aus einem elastischen Material angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betonschwelle für eine feste Fahrbahn, mit einem Dübelstein, der mit seinem oberen Abschnitt in eine unterseitige Ausnehmung der Betonschwelle eingesetzt und mittels eines aus einem Elastomer hergestellten Rings elastisch gelagert ist und der mit seinem unteren Abschnitt in eine verfüllbare Aussparung einer Deckschicht der festen Fahrbahn einsetzbar ist.
In der DE 202 13 667 U1 wird eine Betonschwelle für eine feste Fahrbahn vorgeschlagen. Die feste Fahrbahn umfasst eine untere Tragschicht, eine erste aufgebrachte Asphaltschicht und eine zweite als Deckschicht aufgebrachte Asphaltschicht. Die Deckschicht weist Aussparungen auf, in die ein Dübelstein eingesetzt ist, der somit mit seinem unteren Abschnitt in der Aussparung und mit seinem oberen Abschnitt in der unterseitigen Ausnehmung der Betonschwelle angeordnet ist. Die Betonschwelle ist als Breitschwelle ausgebildet, d. h. zwischen zwei benachbarten Betonschwellen ist lediglich ein geringer Abstand vorgesehen. Eine derartige feste Fahrbahn wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung Getrac (eingetragene Marke) angeboten.
Eine ähnlich aufgebaute feste Fahrbahn wird in der DE 102 30 740 A1 beschrieben. Der zwischen der Betonschwelle und dem Dübelstein angeordnete elastische Ring ist an seiner Außenseite konisch ausgebildet, wodurch das Einsetzen erleichtert wird. An der Unterseite der Betonschwelle befindet sich ein dünnes Vlies, um eventuelle Unebenheiten der Deckschicht auszugleichen. Da die Betonschwelle wegen der harten Tragschichten, die bei diesem System üblicherweise aus Asphalt hergestellt sind, hart gebettet ist, wird sie üblicherweise mit einer hochelastischen Befestigung montiert, die die beim Befahren durch Schienenfahrzeuge auftretenden Lasten aufnehmen und in Längsrichtung verteilen kann.
Derartige feste Fahrbahnen mit elastischen Zwischenschichten stellen ein Masse-Feder-System dar, durch das Erschütterungen und Körperschall an benachbarte Flächen, Gebäude und Bauwerke reduziert übertragen werden. Diese Wellen können sowohl im hörbaren Frequenzbereich Geräusche (Sekundärluftschall) verursachen als auch Vibrationen des Bodens oder von Gebäuden verursachen. Bei der Auslegung einer derartigen festen Fahrbahn wird daher angestrebt, den Frequenzbereich und die Amplitude der erzeugten Schwingungen so festzulegen, dass die Erschütterungen bzw. der erzeugte Schall auf bestimmte, nicht störende Frequenzbereiche beschränkt bleiben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betonschwelle für eine feste Fahrbahn anzugeben, durch die Erschütterungen weniger stark an benachbarte Bereiche übertragen werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Betonschwelle der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Unterseite der Betonschwelle eine Sohle aus einem elastischen Material angeordnet ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine erhebliche Verbesserung, d.h. eine Verringerung der Schwingungsemissionen erzielt werden kann, indem die Feder des Masse-Feder-Systems oberbauverträglich möglichst weich gewählt und die oberhalb der Feder angeordnete Masse erhöht wird.
Bei herkömmlichen festen Fahrbahnen weist lediglich die hochelastische Schienenbefestigung federnde Eigenschaften auf. Die Betonschwelle, die eine beträchtliche Masse in der Größenordnung von 300–1.200 kg aufweisen kann, ist bei der herkömmlichen festen Fahrbahn jedoch hart auf der Deckschicht aufgelagert.
Erfindungsgemäß ist demgegenüber an der Unterseite der Betonschwelle eine Sohle aus einem elastischen Material angeordnet, wodurch die auf der Feder (Sohle) gelagerte Masse (Betonschwelle) im Vergleich zu einer lediglich elastisch gelagerten Schiene einer herkömmlichen festen Fahrbahn beträchtlich erhöht wird. Versuche haben ergeben, dass durch die erfindungsgemäße Betonschwelle Erschütterungen im Vergleich zu einer herkömmlichen festen Fahrbahn weniger stark in die Umgebung übertragen werden.
Die Sohle der erfindungsgemäßen Betonschwelle kann aus einem Elastomer hergestellt sein, besonders bevorzugt wird dabei EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer).
Bei der erfindungsgemäßen Betonschwelle wird die Sohle gemäß statischen und dynamischen Erfordernissen ausgelegt, insbesondere wird die Dicke und die Steifigkeit der Sohle so bemessen, dass eine geforderte bzw. gewünschte Einsenkung beim Befahren durch ein Schienenfahrzeug erzielt wird, die auch hinsichtlich der Stabilität der Schienen verträglich ist. Die Sohle kann vorzugsweise eine Dicke zwischen 6 mm und 20 mm aufweisen, besonders bevorzugt wird eine Sohlendicke zwischen 8 mm und 14 mm. Die Einsenkungen können bei einer derartigen Sohle 1,5 mm bis 4 mm erreichen.
Um die mechanische Festigkeit der Sohle der erfindungsgemäßen Betonschwelle zu verbessern, kann die Sohle an einer oder an beiden Seiten mit einem Vlies versehen sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Sohle eine Aussparung im Bereich der unterseitigen Ausnehmung für den Dübelstein aufweist. Diese Ausnehmung kann kreisförmig oder quadratisch sein, so dass der Dübelstein problemlos montiert werden kann. Der Dübelstein muss nicht notwendigerweise rund bzw. zylinderförmig sein, daneben kann er auch viereckig oder sechseckig sein. Alternativ kann die Sohle zweiteilig ausgebildet sein, indem ein erster Sohlenabschnitt unterhalb eines Schwellenblocks und ein zweiter Sohlenabschnitt unterhalb des zweiten, gegenüberliegenden Schwellenblocks angeordnet wird. In Abhängigkeit der jeweiligen Auslegung kann es auch vorgesehen sein, dass die Sohle nicht vollflächig unterhalb eines Schwellenblocks bzw. eines Schienenauflagers ausgebildet ist, stattdessen kann sie z. B. als Streifen ausgebildet sein, der schmaler als die Unterseite der Schwellenblöcke ausgebildet ist.
Es ist auch denkbar, dass der Dübelstein der erfindungsgemäßen Betonschwelle eine Stufe mit einem nach unten vergrößerten Durchmesser aufweist, wobei die Außenkante der Stufe abgerundet ist. Die abgerundete Stufe verhindert, dass der aus dem Elastomer hergestellte Ring durch die während des Betriebs millionenfach auftretenden Einsenkbewegungen beschädigt wird. Da an dieser Stelle anders als im Stand der Technik keine scharfe Kante vorhanden ist, wird eine Beschädigung des Elastomerrings vermieden.
Die Breite der Stufe des Dübelsteins kann dabei so bemessen sein, dass der Ring näherungsweise mit seiner halben radialen Breite auf der Stufe des Dübelsteins aufliegt.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die unterseitige Ausnehmung der Betonschwelle eine umlaufende abgerundete Stufe aufweist, an der der Ring mit seiner oberen äußeren Ecke anliegt. Vorzugsweise liegt der Ring näherungsweise auf seiner halben radialen Breite an der Stufe der Betonschwelle an. Das bedeutet, dass der Ring, der einen viereckigen oder näherungsweise rechteckigen Querschnitt aufweist, an zwei diagonal gegenüberliegenden Eckpunkten aufliegt, so dass er bei Belastung eine Schubverformung erfährt und sich ähnlich wie ein Parallelogramm verformt. Diese Verformung beruht darauf, dass er einerseits mit seiner oberen, äußeren Ecke an der Stufe der Betonschwelle und andererseits mit seiner unteren, inneren Ecke an der Stufe des Dübelsteins anliegt. Wenn die Betonschwelle beim Überfahren eines Schienenfahrzeugs vertikal belastet wird, federt zuerst die Sohle der Betonschwelle und gleichzeitig der Ring vertikal ein, auftretende Horizontalkräfte werden über den Dübelstein in die Tragschicht eingeleitet. Der Ring ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, daneben sind auch andere, an den Querschnitt des Dübelsteins angepasste denkbar, z. B. kann der Ring als viereckige, quadratische oder sechseckige Umfassung ausgebildet sein.
Daneben betrifft die Erfindung eine feste Fahrbahn, umfassend mehrere Betonschwellen der beschriebenen Art, die in eine Deckschicht oder eine Tragschicht eingebettet sind, wobei die Deckschicht oder die Tragschicht an ihrer Oberseite Aussparungen für die Dübelsteine aufweist, die mit einer Vergussmasse verfüllt sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Betonschwelle;
2 eine Draufsicht der Betonschwelle von 1;
3 eine in Querrichtung geschnittene Ansicht einer in eine feste Fahrbahn eingebetteten Betonschwelle; und
4 einen Längsschnitt der in eine feste Fahrbahn eingebetteten erfindungsgemäßen Betonschwelle.
Die in den 1 und 2 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht gezeigte Betonschwelle 1 ist als Breitschwelle ausgebildet und umfasst zwei Schwellenblöcke 2, 3 an deren Oberseite Schienenauflager 4, 5 ausgebildet sind. Die beiden Schwellenblöcke 2, 3 sind durch einen mittleren Abschnitt 6 miteinander verbunden, der – wie in 2 zu sehen ist – eine geringere Breite als die Schwellenblöcke 2, 3 aufweist. Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Breitschwelle ist nicht als Beschränkung zu verstehen, da die Betonschwelle auch eine andere Form, z.B. eine Quaderform, aufweisen kann. Die Schwellenblöcke 2, 3 bilden mit den Schienenauflagern 4, 5 und dem mittleren Abschnitt 6 ein integrales, monolithisches Bauteil. Unterhalb der Schwellenblöcke 2, 3 ist jeweils eine Sohle 7, 8 aus einem elastischen Material angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Sohle aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) und besitzt eine Dicke von 14 mm. Die angegebene Dicke ist allerdings nicht als Beschränkung zu verstehen, vielmehr kann die Dicke der Sohle typischerweise zwischen 6 und 20 mm betragen, die verwendete Sohlendicke wird im Rahmen der Bemessung der Steifigkeit und der Abstimmungsfrequenz des Masse-Feder-Systems festgelegt.
An ihrer Unterseite weist die Betonschwelle 1 in ihrem mittleren Abschnitt 6 eine ringförmige Ausnehmung 9 auf, in die ein Dübelstein mit einem elastomeren Ring einsetzbar ist. Im eingebauten Zustand ist die Betonschwelle 1 über den Dübelstein mit der Tragschicht einer festen Fahrbahn gekoppelt, so dass horizontale Kräfte in den Untergrund übertragen werden können. Vertikale Kräfte werden von der Betonschwelle 1 über die Sohle 7, 8 in die Tragschicht eingeleitet. Bei einer festen Fahrbahn ist zumindest jede zweite oder dritte Betonschwelle mit einem Dübelstein versehen.
3 zeigt die Betonschwelle 1 in Querrichtung geschnitten im Bereich ihrer Ausnehmung, nach dem Einbau in eine feste Fahrbahn. Die Betonschwelle 1 weist mehrere Bewehrungsstäbe 10, 11 auf, die schlaff oder vorgespannt sein können. Unterhalb der Betonschwelle 1 ist ein Dübelstein 12 angeordnet, der mit einem Montageband 13 gesichert ist. Zwischen dem Dübelstein 12 und der Betonschwelle 1 befindet sich ein elastischer Ring 14, der aus einem Elastomer hergestellt ist. In 3 erkennt man, dass der Dübelstein 12 eine Stufe 15 aufweist. Unterhalb der Stufe 15 weist der Dübelstein 12 einen größeren Durchmesser als oberhalb der Stufe 15 auf. Die durch die Stufe 15 gebildete Außenkante, auf der eine Ecke des Rings 14 aufliegt, ist abgerundet. In 3 ist auch erkennbar, dass der Ring 14 näherungsweise mit seiner halben Breite auf der abgerundeten Stufe 15 aufliegt, die äußere Ecke des Rings 14 berührt eine Seitenfläche 16 der Ausnehmung 9. Vertikal ist die äußere Ecke des Rings 14 nicht aufgelagert, so dass sich der Ring 14 zumindest geringfügig vertikal bewegen kann.
Die Ausnehmung 9 der Betonschwelle 1 weist eine umlaufende Stufe 17 mit einem sich nach außen vergrößerten Durchmesser auf, an dieser Stufe 17 liegt der Ring 14 mit seiner oberen äußeren Ecke an. Die Stufe 17 ist wie die Stufe 15 abgerundet, wodurch eine Beschädigung des Rings 14 unter Lastverformung vermieden wird. In 3 ist dargestellt, dass der Ring 14 näherungsweise auf seiner halben radialen Breite an der Stufe 17 der Ausnehmung 9 der Betonschwelle 1 anliegt.
Bei der Herstellung einer festen Fahrbahn wird eine Asphalttragschicht 18 mit Aussparungen 19 für die Dübelsteine 12 versehen. Die Aussparungen 19 sind zylinderförmig ausgebildet und an die Größe der Dübelsteine 12 angepasst, die Tiefe der Aussparungen 19 ist so gewählt, dass unterhalb des gemeinsam mit der Betonschwelle eingesetzten Dübelsteins ein Freiraum 20 verbleibt, der anschließend, nach dem Positionieren und Ausrichten der Betonschwelle 1, mit einer Vergussmasse oder einem Vergussmörtel 21 vergossen wird. Von der Aussparung 19 erstrecken sich seitlich Vergussschlitze 22, durch die die Vergussmasse 21 eingefüllt wird.
Die Betonschwellen 1 weisen Schienenbefestigungen auf, bei denen es sich – anders als bei herkömmlichen festen Fahrbahnen – nicht um hochelastische Schienenbefestigungen handelt. Die verwendeten Schienenbefestigungen erlauben einen Ausgleich in Höhen- und Seitenrichtung. Der Höhenausgleich wird durch Unterlagen unterschiedlicher Dicke ermöglicht, der Seitenausgleich durch Winkelführungsplatten unterschiedlicher Breite. Zusätzlich ist eine harte Zwischenlage vorhanden, die zwischen der Schiene und der Oberfläche der Betonschwelle angeordnet ist und aus EVA (Ethylenvinylacetat) besteht.
4 zeigt eine feste Fahrbahn 23 umfassend die Betonschwelle 1, auf der Schienen 24 aufgelagert sind, die durch Schienenbefestigungen 25 gehalten werden. Die Betonschwelle 1 ist über den Dübelstein 12 mit einer Asphaltdeckschicht 26 verbunden, die sich oberhalb einer Asphalttragschicht 27 befindet. Die in mehreren Lagen hergestellte Asphalttragschicht ist auf einer Frostschutzschicht 28 aufgelagert. Die beim Befahren der festen Fahrbahn 23 auftretenden Belastungen werden im Wesentlichen über die unterhalb der Betonschwelle 1 angeordneten Sohlen 7, 8 in die Asphaltdeckschicht 26 eingeleitet. Dabei treten Einsenkungen auf, die typischerweise 1,5–4 mm betragen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die gesamte Masse der Betonschwelle 1 elastisch gelagert ist, wodurch die Abstimmfrequenz übertragener Schwingungen gesenkt wird. Andererseits ist die Federsteifigkeit der Sohle 7, 8, die die Funktion einer Feder in dem Feder-Masse-System hat, weich ausgelegt, was sich ebenso positiv auf die Abstimmfrequenz auswirkt.
Beim Befahren durch Schienenfahrzeuge wird die Schwelle vertikal abwärts und anschließend wieder aufwärts bewegt. Der Ring 14 kann diese Bewegungen annähernd verschleißneutral aufnehmen, da er an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken, einerseits an dem Dübelstein 12 und andererseits an der Ausnehmung 9 der Betonschwelle 1, anliegt.
Bei einer anderen Ausführung ist die feste Fahrbahn in Betonbauweise hergestellt. Dabei sind die Betonschwellen mittels des Dübelsteins auf einer Betontragschicht gelagert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20213667 U1 [0002]
DE 10230740 A1 [0003]

Claims

Betonschwelle (1) für eine feste Fahrbahn (23), mit einem Dübelstein (12), der mit seinem oberen Abschnitt in eine unterseitige Ausnehmung (9) der Betonschwelle (1) eingesetzt und mittels eines aus einem Elastomer hergestellten Rings (14) elastisch gelagert ist und der mit seinem unteren Abschnitt in eine verfüllbare Aussparung (19) einer Deckschicht der festen Fahrbahn (23) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Betonschwelle (1) eine Sohle (7, 8) aus einem elastischen Material angeordnet ist.
Betonschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sohle (7, 8) aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) besteht.
Betonschwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sohle (7, 8) eine Dicke von 6 bis 20 mm, vorzugsweise 8 bis 14 mm, aufweist.
Betonschwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sohle (7, 8) an einer oder an beiden Seiten mit einem Vlies versehen ist.
Betonschwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sohle (7, 8) eine Aussparung im Bereich der unterseitigen Ausnehmung (9) für den Dübelstein (12) aufweist oder zweiteilig ausgebildet ist und lediglich unterhalb von Schwellenblöcken (2, 3) oder partiell unterhalb von Schienenauflagen angeordnet ist.
Betonschwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dübelstein (12) eine Stufe (15) mit einem unten vergrößerten Durchmesser aufweist, wobei die Außenkante der Stufe (15) abgerundet ist.
Betonschwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als die halbe radiale Breite des Rings (14) auf der Stufe (15) des Dübelsteins (12) aufliegt.
Betonschwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterseitige Ausnehmung (9) der Betonschwelle (1) eine umlaufende abgerundete Stufe (17) aufweist, an der der Ring (14) mit seiner oberen äußeren Ecke anliegt.
Betonschwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als die halbe radiale Breite des Rings (14) an der Stufe (17) der Betonschwelle (1) anliegt.
Feste Fahrbahn (23), umfassend mehrere Betonschwellen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die in eine Deckschicht oder eine Tragschicht eingebettet sind, wobei die Deckschicht oder die Tragschicht mit einer Vergussmasse (21) verfüllte Aussparungen (19) für die Dübelsteine (12) aufweist.
Feste Fahrbahn nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht und die Tragschicht aus Asphalt hergestellt sind oder dass die Tragschicht aus Beton hergestellt ist.
Feste Fahrbahn nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonschwellen Schienenbefestigungen mit Mitteln zum Höhen- und Seitenausgleich und/oder eine harte Zwischenlage aus EVA (Ethylenvinylacetat) aufweisen.