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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schienenisolierstoßes einen nach dem Verfahren hergestellten Schienenisolierstoß.
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Bei Schienentransportwegen, wie z. B. bei der Eisenbahn, werden die elektrisch leitenden Schienen häufig auch als Übertragungsmedium für elektrische Signale verwendet. Dies ist z. B. bei Gleisstromkreisen als Gleisfreimeldeanlagen der Fall, wo ein Streckenabschnitt als belegt erkannt wird, weil durch die ebenfalls elektrisch leitenden Radsätze die Schienen elektrisch kurzgeschlossen werden und sich dadurch die elektrischen Eigenschaften der angelegten Gleisstromkreise verändern. Um bestimmten Gleisabschnitten entlang der Strecke eigene Gleisstromkreise zuordnen zu können, muss die elektrische Leitfähigkeit der Schienen an den Gleisabschnittsgrenzflächen unterbrochen werden. Dies geschieht, indem die Schienen an der Grenzfläche aufgetrennt werden und eine elektrisch isolierende Schicht eingesetzt wird, bevor die Schienen wieder zusammengesetzt werden. Ein solcher Isolierstoß ist aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften zwischen Isolierung und Schiene und den hohen Belastungen durch die überfahrenden Schienenfahrzeuge hohem Verschleiß ausgesetzt. Der Verschleiß führt zu einer Verschlechterung der mechanischen Laufeigenschaften für die überrollenden Radsätze der Eisenbahnwagen. Weiterhin können sich durch Verformung der Kanten Wülste bilden, die zu elektrischen Kurzschlüssen zwischen den zu isolierenden Schienenabschnitten führen und somit die Isolierwirkung zunichte machen. Es wurden deshalb Versuche unternommen, um durch eine geschickte Gestaltung des Isolierstoßes die Verschleißanfälligkeit, die Belastbarkeit und das Dauerschwingverhalten zu verbessern.
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Die
DE 1 981 329 U beschreibt eine Schiene zur Herstellung eines Isolierstoßes, bei der die Schienen eine senkrecht zur Schienenachse um mindestens 30° geneigte Stoßfläche aufweisen, deren längs der Stoßfläche verlaufenden Schienenkanten aus Spritzhartmetall bestehen.
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Aus der
DE 31 08 339 C2 ist ein Schienenstoß bekannt, der im Bereich des Schienenkopfs als Schrägstoß und im Bereich des Schienenstegs als Stumpfstoß ausgebildet ist. Der Schrägstoß ist hierbei senkrecht zur Gleisebene, aber unter einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Schienenlängsrichtung ausgebildet. Der Übergangsbereich zwischen Schräg- und Stumpfstoß wird durch eine Ausnehmung gebildet, die als eine durchgehende Bohrung ausgebildet ist. Die Ausnehmung wird durch eine entsprechend geformte zweiteilige Isolierzwischenlage ausgefüllt.
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Ein Nachteil dieser Ausbildung eines Isolierstoßes liegt insbesondere darin, dass es im Bereich der Ausnehmung zu Rissbildungen im Schienensteg kommen kann, was zu einem Versagen des gesamten Bauteils führt.
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In der
DE 29 51 570 C2 wird ebenfalls ein Isolierstoß für Eisenbahngleise beschrieben, der im Bereich des Schienenkopfs als Schrägstoß und im Bereich des Schienenstegs als Stumpfstoß ausgebildet ist. Bei diesem Isolierstoß gibt es jedoch keinen Übergangsbereich, sondern nur eine Übergangsstelle, d. h. die Trennebene springt unmittelbar vom Schräg- zum Stumpfstoß. Auch hier hat die ungünstige, diskontinuierliche Kraftableitung an der Übergangsstelle zur Folge, dass es zu Belastbarkeitsproblemen kommt.
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Bekannt ist weiterhin ein Schienenisolierstoß mit aneinander grenzenden Schienenenden, die mit einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht elektrisch voneinander getrennt sind, wobei der Schienenisolierstoß im Bereich des Schienenkopfes bis zum Bereich der Mitte der Schienenhöhe als Schrägstoß und im Rest des Schienenstegs bis einschließlich Schienenfuß als Stumpfstoß ausgebildet ist, wobei der Übergang zwischen Schräg- und Stumpfstoß kontinuierlich ausgebildet ist (
DE 20 2011 109 891 U1 ).
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Wie aus dem Herstellungsprozess der bekannten Isolierstöße zu sehen, ergeben sich eine Vielzahl notwendiger Arbeitsschritte zur Fertigung eines derartigen Isolierstoßes.
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Insbesondere die Vielzahl der Arbeitsschritte und der Umgang mit dem Kunststoffmörtel sind aufwändig. Hinzu kommt der notwendige Arbeitsschutz mittels Atemmasken und Handschuhe bei Verwendung des Mörtels, der für die beteiligten Monteure auf Dauer ein mögliches Gesundheitsrisiko darstellen könnte. Hinweis: Auch beim IVB 30 wird trotz fertiger Isoliereinlage aus Kunststoff (Polyamid 6.6) ein gesundheitsgefährdender Kunststoffmörtel zum Verkleben der Einlage und der Lasche verwendet.
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Es besteht außerdem ein technisches Risiko, dass der Isoliermörtel nicht richtig vermischt wird oder ungleichmäßig aufgetragen wurde. Dadurch kann die Isolierwirkung reduziert oder in Gänze aufgehoben werden. Ähnliches gilt bei Minimalabweichungen des Bohrungsabstandes der Schienensteglochbohrungen, wodurch es durch unterschiedliche Spannungen durch überrollenden Zug oder Temperaturschwankungen in der Schiene (Ausdehnung im Sommer, Schrumpfen im Winter) zu Rissbildungen im Mörtel, der Schiene, der Isolierstoßelemente oder es zum Schienenbruch kommen kann.
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Ein weiterer Nachteil wird ersichtlich, nachdem derartige Isolierstöße fertig gestellt sind. Der ca. 1,80 m lange Isolierstoß muss dann zu seinem Einbauort transportiert werden. Je nach Schienenprofil wiegt ein gefertigter Isolierstoß bis zu 150 kg und kann auf Grund seiner Länge nicht mittels normalem PKW transportiert werden und benötigt ohne Kran mind. 4 Personen zum tragen. Eine logistische Herausforderung ist demnach auch die benötigten Schienenfahrzeuge für die Montage im Gleis.
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Nachdem der gefertigte Isolierstoß vor Ort und ggf. der alte Isolierstoß demontiert ist, muss der neue Stoß mittels gängigem Schweiß-Verfahren in das bestehende Gleis montiert werden. Dafür sind wie im Montageprozess ebenfalls eine Vielzahl an Arbeitsschritten und Personal notwendig.
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Schaut man sich den ganzen Fertigungsprozess bis zur Endmontage und Freigabe des Gleises für einen Isolierstoß an, so wird deutlich, dass erhebliche Kosten und Ressourcen benötigt werden, wobei der Wartungs-, bzw. Instandhaltungsaufwand bisher noch nicht direkt betrachtet wurde.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung sollen die genannten Prozesse optimiert und weiterentwickelt werden, um Anschaffungs-/Instandhaltungskosten sowie benötigte Ressourcen einzusparen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Isolierstoß bereitzustellen, der den hohen Belastungen im Schienenverkehr besser standhalten kann als die Isolierstöße des Stands der Technik. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Isolierstoßes bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
die Schienenenden im Bereich des herzustellenden Isolierstoßes so getrennt werden, dass ein freies Zwischenstück entsteht, wobei das freie Zwischenstück mittels eines an sich bekannten Schweiß-Verfahrens und mindestens zweier die komplette Schienenkontur ersetzender Hohlschalen-Elemente in zur Schienenrichtung quergeteilter Ausführung gießbar so geschlossen wird, dass eine Fuge entsteht, in die eine beliebig geformte isolierende Zwischenschicht vorzugsweise aus einem Komposit-Verbundstoff eingesetzt wird und beide Teile des neu entstehenden Zwischenstücks mindestens eine Aussparung für die Aufnahme mindestens eines Verschluss- und/oder Verspannelementes aufweisen.
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Bei dieser Konstruktionsart wurde der Fokus darauf gelegt, die Isolierstoß-Größe sowie die Isolieroberfläche zu reduzieren, auf die bisherigen Laschen zu verzichten und so wenige Bauteile wie möglich zu verwenden. Dies ist notwendig, um bekannte Schweiß-Verfahren überhaupt in Betracht ziehen zu können, da das erforderliche Volumen der Schweißmasse (z. B. Thermit) so klein wie möglich gehalten werden sollte.
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Der Vorteil bei dieser Konstruktion ist die bessere Kraftaufnahme. Weiterer Vorteil sind die vorgefertigten Isoliereinlagen.
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Die notwendigen mindestens zwei Hohlschalen-Elemente zum Gießen der beiden Zwischenstücke werden vorzugsweise jeweils längsgeteilt ausgeführt.
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Beide gießbaren Zwischenstücke werden verzahnt, verzapft und/oder ineinandergreifend ausgeführt. Dabei sind verschiedene Formen möglich, die von eckigen bis runden Ausführungen reichen.
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Beide zu gießenden Zwischenstücke weisen mindestens eine zusätzliche Öffnung auf, in die eine Bodenriegel-Konstruktion eingeführt wird. Die Bodenriegel-Konstruktion wird rechtwinklig und/oder abgerundet und/oder V-förmig und/oder doppel-V-förmig und/oder trapezförmig ausgeführt.
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Es werden seitlich, vorzugsweise beidseitig, an den neu entstehenden Schienenflanken der Zwischenstücke mindestens eine Riegelplatten-Konstruktionen befestigt.
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Die Riegelplatten-Konstruktionen werden in einer trapezförmigen und/oder einer runden und/oder einer rechtwinkligen und/oder eine kombinierten Form ausgeführt.
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Die isolierende Zwischenschicht wird aus Komposit-Verbundwerkstoff in der jeweiligen Ausprägungsform der entstehenden Fuge zwischen den neu entstehenden beiden Zwischenstücken ausgeführt. Sie wird in ihrem Längsschnitt mindestens einmal abgewinkelt ausgefertigt. Die Abwinkelung kann rechteckig oder rund oder schräg ausgeführt werden.
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Die Zwischenschicht wird in ihrem Querschnitt exakt dem jeweiligen Schienenquerschnitt angepasst ausgeführt. Sie ist mit Aussparungen für die Durchführung der Verschluss- und/oder Verspannelemente versehen.
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Die Zwischenschicht weist einschiebbare Verschlusselemente für einen Teil der Aussparungen auf.
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Die Zwischenschicht weist eine Form einer Hülse zur elektr. Trennung der Schienenstücke und den Verschluss- und/oder Verspannelementen auf.
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Die Schienenflanke wird durch eine nicht leitende Abdeckung vor Umwelteinflüssen geschützt.
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• Runde Zapfenform mit nur einem dicken Bolzen
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Durch die Auswölbung nach außen, gibt es bei dieser Form die Möglichkeit nur einen großen Bolzen zu gießen. Dies erleichtert und beschleunigt die Montage, die Formen für den Gießprozess sind einfacher zu entwickeln und es werden weniger Teile sowie Arbeitsschritte benötigt.
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• Nach außen geführte Flansche
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Die Möglichkeit der nach außen geführten Flansche ermöglicht statt die zu gießenden Bolzen herkömmlichen Schrauben für die Verbindung zu verwenden. Der Gießprozess sowie die Entwicklung der Gussformen können dadurch vereinfacht werden.
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• Unterschiedliche Riegel-Konstruktionen
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Durch unterschiedliche Riegel-Konstruktionen können je nach Fertigungsprozess die optimale Bauform für die statischen und dynamischen Kräfte entwickelt werden.
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• Wetterschutzabdeckung
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Um die Isolierlage vor Wettereinflüssen zu schützen sowie elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, kann eine Wetterschutzabdeckung an die Schienenflanke angebracht werden.
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Fertigungsprozesse des Zapfenisolierstoßes
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Prinzipiell sind 2 Arten des Herstellungsprozesses mit dieser Konstruktion möglich:
- a) Direktes „gießen” an bestehende Schiene mittels anerkanntem Schweiß-Verfahren
Hierbei besteht die Herausforderung ein Gießverfahren zu entwickeln, welches in der Praxis gut anwendbar ist. Entscheidend hierfür sind die Formteile und die Prozessschritte des Gießens, damit eine kontrollierte Aushärtung mit entsprechenden Korngrößen im Stahl erreicht wird.
- b) Vorfertigung der Schienenteile im Werk und Einschweißen über bisherige Standardschweißverfahren
Bei der Vorfertigung der Schienenteile im Werk können hohe Qualitätsstandards erreicht werden. Diese Fertigung kann als Alternative zum Klebestoß IVB 30 gesehen werden und ist ebenfalls in jeder gewünschten Schienenlänge lieferbar.
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Für die Fertigung werden folgende Materialien benötigt:
- – Gießform, ggf. aus mehreren Elementen
- – Einwegtiegel (z. B. Euro-Tiegel I)
- – Abdichtpaste
- – Anzündstäbchen
- – ggf. Riegelplatte oder Bodenriegel
- – Isoliereinlagen
- – Schrauben, Unterlegscheiben, Federringe, Muttern
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Für die Form der entstehenden Zwischenstücke sind folgende Gießformen möglich:
- a) Zwei separate Gießprozesse: 1) linkes und 2) rechtes Zwischenstück
- b) Ein Gießprozess beide Zwischenstücke (links/rechts)
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Für die Fertigung bzw. gießen des Isolierstoßes ist folgender Prozess angedacht:
- 1) Heraustrennen eines ca. 20 cm langen Schienenstücks zwischen zwei Schwellen, bei dem der Isolierstoß gegossen bzw. geschweißt werden soll.
- 2) Formteile für den Gießprozess dicht verbinden und anbringen
- 3) Vorwärmen der Form
- 4) Entzünden des Einwegtiegels
- 5) Gießen der Zwischenteile und aushärten/abkühlen lassen
- 6) Formen abschlagen bzw. entnehmen
- 7) Prüfung der gegossenen Elemente
- 8) Beseitigen von hervorstehendem Stahl
- 9) Einbringen der Isoliereinlagen inkl. Hülsen
- 10) Einbringen der Isolierhülse
- 11) Montage der Schrauben, Unterlegscheiben, Federringen und Muttern
- 12) Prüfung des Isolierwiderstandes und des Übergangs mittels Stahlschiene
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Vorteile der Erfindung:
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• Kürzere Montagezeit, dadurch schnellere Freigabe des Gleises
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Bisher musste der Isolierstoß inkl. Schiene aufwendig angeliefert und mittels Kran in Position gebracht werden, erst dann erfolgt das bekannte Schweißverfahren mit dem der Isolierstoß mit dem bestehenden Gleis fest verbunden wird. Bei Demontage ist wieder ein aufwändiger Abtransport notwendig.
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Beim vor Ort herstellbaren Isolierstoß mit gerader Isoliereinlage (MT-Stoß) gibt es durch die vielen Arbeitsschritte und die Aushärtezeit des Mörtels lange Ausfallzeiten des Gleises.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden durch das Gießverfahren alle notwendigen Öffnungen und Bolzen direkt hergestellt. Dadurch ist keine zusätzliche und aufwändige Bearbeitung notwendig. Es kann somit schneller montiert und auch demontiert werden. Eine kürzere Ausfallzeit des Bahnbetriebs ist die Folge.
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• Keine Aufwändige Lasche mehr benötigt
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Die aufwändige Lasche der bisherigen Isolierstöße ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr notwendig.
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• Weniger Schrauben und Verbindungsteile
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist keine Lasche mehr notwendig. Es werden je nach Konstruktionsart weniger Verspannelemente benötigt.
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• Bessere Kräfte und Lastverteilung
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Bei den bisherigen Isolierstößen müssen die auftretenden Kräfte über Laschen und Schrauben abgefangen werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich auf Grund der Konstruktion eine bessere Verteilung der Lasten, was zu einer höheren Lebensdauer führen wird.
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• Reduzierung der Isolierstoß-Größe
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann die Isolierstoßlänge je Konstruktionsart stark reduziert werden. Dadurch hat der Isolierstoß ein geringeres Gewicht, was zu einem besseren Handling führt.
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• Reduktion der zu isolierenden Oberfläche
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die zu isolierende Oberfläche reduziert, was zur Senkung der Fehleranfälligkeit des Isolationsmaterials führt.
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• Reduzierung der benötigten Bauteile
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Durch die erfindungsgemäße Lösung werden weniger Bauteile benötigt, was zu günstigeren Materialkosten führen kann und die potentielle Fehlerquellen reduziert.
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Ausführungsbeispiel
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Anhand von Ausführungsbeispielen soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 – Konstruktion mit zwei gegossenen Bolzen im Schienenkopf (winkelige Isoliereinlage) – Seitenansicht
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2 – wie 1 jedoch Draufsicht
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3 – wie 1 jedoch Unteransicht
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4 – wie 1 jedoch Schnitte A-A; B-B; C-C; D-D; E-E
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5 – Isoliereinlage zur Konstruktion nach 1
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6 – Gießformskizze zu 1 – Seitenansicht
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7 – Gießformskizze zu 1 – Schnitt A-A
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8 – Gießformdraufsicht
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9 – Konstruktion wie 1, jedoch mit runder Isoliereinlage
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10 – Konstruktion mit einem dicken, gegossenen Bolzen im Steg – Seitenansicht
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11 – wie 10, jedoch Schnitt A-A
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12 – wie 10, jedoch Schnitt B-B
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13 – wie 10, jedoch Draufsicht
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14 – wie 10, jedoch Untersicht
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15 – wie 10, jedoch Schnitt C-C
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16 – wie 10, jedoch Schnitt E-E
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17 – Zapfenkonstruktion seitlich verschraubt – Seitenansicht
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18 – wie 17, jedoch Schnitt A-A
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19 – wie 17, jedoch Draufsicht
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20 – wie 17, jedoch Schnitt B-B
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21 – wie 17, jedoch Untersicht
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22 – wie 17, jedoch Schnitt D-D
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23 – wie 17, jedoch Schnitt E-E
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24 – Mittelzapfen-Konstruktion seitlich verschraubt – Seitenansicht
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25 – wie 24, jedoch Draufsicht
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26 – wie 24, jedoch Untersicht
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27 – wie 24, jedoch Schnitt A-A
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28 – wie 24, jedoch Schnitt B-B
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29 – wie 24, jedoch Schnitt C-C
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30 – wie 24, jedoch Schnitt D-D
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31 – Bodenriegel-Konstruktion mit einseitiger V-Ausb. – Seitenansicht
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32 – wie 31, jedoch Draufsicht
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33 – wie 31, jedoch Untersicht
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34 – wie 31, jedoch Schnitt A-A
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35 – wie 31, jedoch Schnitt B-B
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36 – wie 31, jedoch Schnitt C-C
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37 – wie 31, jedoch Schnitt E-E
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38 – wie 31, jedoch Schnitt D-D
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39 – wie 31, jedoch Isoliereinlage
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40 – wie 31, jedoch Gießform – Seitenansicht
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41 – wie 31, jedoch Gießform – Schnitt A-A
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42 – wie 31, jedoch Gießform – Draufsicht
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43 – Riegelplatten-Konstruktion mit gerader Ausbildung – Seitenansicht
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44 – wie 43, jedoch Draufsicht
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45 – wie 43, jedoch Untersicht
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46 – wie 43, jedoch Schnitt A-A
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47 – wie 43, jedoch Schnitt B-B
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48 – wie 43, jedoch Schnitt C-C
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49 – wie 43, jedoch Schnitt D-D
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50 – Riegelplatten-Konstruktion mit trapezförmiger Ausbildung – Seitenansicht
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51 – seitliche Abdeckung wie Ausführung in 9/10 – Seitenansicht
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52 – seitliche Abdeckungen wie Ausführung in 9/10 – Draufsicht
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Die Schiene 1 weist die beiden Enden 2 und 3 auf, zwischen denen ein Bereich herausgetrennt wurde, sodass ein freies Zwischenstück entsteht. In diesem Bereich werden mittels gängigem Schweiß-Verfahren durch Verwendung mindestens zweier Hohlschalen-Elemente 4 und 5 (Gießformen) zwei neue Zwischenstücke 6 und 7 gegossen, zwischen denen eine isolierende Zwischenschicht (Isolierlage) 8 eingesetzt wird.
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Die beiden Zwischenstücke 6 und 7 weisen mindestens eine Aussparung 9 auf, in die mindestens ein Verschluss- und/oder Verspannelement (Bolzen) 10 eingeführt wird.
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Die isolierende Zwischenschicht (Isolierlage) 8 kann in verschiedenen Ausführungen abgewinkelt, rund oder schräg ausgeführt sein und Aussparungen (Loch) 11 für die Aufnahme der Verschluss- und/oder Verspannelemente (Bolzen) 10 aufweisen. Die Aussparungen 17 können teilweise durch Einschubelemente 12 geschlossen werden.
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Die Zwischenstücke 6; 7 können eine zusätzliche Öffnung 13 für die Aufnahme einer Bodenriegel-Konstruktion 14 oder einer Riegelplatten-Konstruktion 15 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiene
- 2
- Schienenende
- 3
- Schienenende
- 4
- Hohlschalen-Element
- 5
- Hohlschalen-Element
- 6
- Zwischenstück
- 7
- Zwischenstück
- 8
- isolierende Zwischenschicht (Isolierlage)
- 9
- Aussparung
- 10
- Verschluss- und/oder Verspannelement (Bolzen)
- 11
- Aussparung
- 12
- Einschubelement
- 13
- Öffnung
- 14
- Bodenriegel-Konstruktion
- 15
- Riegelplatten-Konstruktion
- 16
- Abdeckung
- 17
- Aussparung-Isoliereinlage
- 18
- Hülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1981329 U [0003]
- DE 3108339 C2 [0004]
- DE 2951570 C2 [0006]
- DE 202011109891 U1 [0007]
