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Die Erfindung betrifft eine Spannklemme und eine Führungsplatte zum Befestigen einer Schiene für Schienenfahrzeuge.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Befestigungspunkt, in dem eine Schiene für ein Schienenfahrzeug auf einem Untergrund befestigt ist.
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Bei dem Untergrund, auf dem ein erfindungsgemäßer Befestigungspunkt errichtet ist, handelt es sich typischerweise um eine Schwelle oder eine Platte, die aus einem festen Werkstoff, wie Beton oder desgleichen, gefertigt ist. Der erfindungsgemäße Befestigungspunkt kann jedoch auch auf konventionellen, als Untergrund dienenden Holzschwellen montiert sein.
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Die mittels der durch die Erfindung verbesserten Komponenten und Befestigungspunkte befestigten Schienen weisen üblicherweise einen Schienenfuß, einen auf dem Schienenfuß stehenden Schienensteg und einen vom Schienensteg getragenen Schienenkopf auf.
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Befestigungspunkte der hier in Rede stehenden Art bzw. die hier in Rede stehenden Bauteile umfassende Systeme zur Herstellung von solchen Befestigungspunkten sind in vielen Varianten bekannt. Beispiele für derartige Systeme sind in den von der Anmelderin veröffentlichten Broschüren dargestellt, die beispielsweise unter der URL http://www.vossloh-fastening-systems.com/de/produkte_2015/anwendungsbereiche/ conventional_rail/conventional_rail_1.html zum Download bereitstehen.
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Beispielhaft zu nennen ist hier die Broschüre „System W 41 U - Hochelastische Schienenbefestigung, Hochelastische Schienenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn - die universelle Lösung für den Schotteroberbau mit sickenloser Betonschwelle“, Stand 09/2014, oder die Broschüre " System W 21 - Hochelastische Schienenbefestigung für Hochgeschwindigkeit und Vollbahn - die moderne Lösung für den Schotteroberbau mit Betonschwelle", Stand 02/2015.
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Die bekannten Schienenbefestigungssysteme (siehe beispielsweise auch
WO 2006/005543 A1 und die anderen nachfolgend genannten Patentveröffentlichungen) und daraus hergestellten Schienenbefestigungspunkte umfassen demnach als Bauteile, aus denen sie zusammengestellt sind, jeweils typischerweise eine Führungsplatte (siehe beispielsweise
WO 2010/091725 A1 ), die zum seitlichen Führen der Schiene vorgesehen ist, eine W-förmige zur Platzierung auf der Führungsplatte vorgesehene Spannklemme (siehe beispielsweise
WO 2012/059374 A1 ) und ein Spannelement (siehe beispielsweise
WO 2014/029705 A1 ), das zum Verspannen der Spannklemme gegen den Untergrund vorgesehen ist (siehe beispielsweise
WO 2006/005543 A1 ).
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Zu diesen Grundbestandteilen von Schienenbefestigungssystemen können jeweils optional Unterlegplatten (siehe beispielsweise
WO 2011/110456 A1 ), die zur Einstellung der Höhe der Schiene über dem Untergrund oder zum großflächigen Verteilen der beim Überfahren der Schiene durch ein Schienenfahrzeug auftretenden Belastungen verwendet werden, elastische Zwischenlagen (siehe beispielsweise
WO 2005/010277 A1 ), die ebenfalls unter die Schiene oder die anderen plattenförmigen Bauteile des Systems gelegt werden, um eine bestimmte Nachgiebigkeit der Schiene im jeweils aus dem System gebildeten Befestigungspunkt in Schwerkraftrichtung zu gewährleisten, und Isolatorelemente (siehe beispielsweise
WO 2015/051 841 A1 ) ergänzt werden, die typischerweise zwischen das Federelement und den Fuß der zu befestigenden Schiene gelegt wird, um eine optimierte elektrische Isolierung gegen den Untergrund zu gewährleisten.
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Die W- oder ω-förmigen Spannklemmen sind in der Regel einstückig und in einem Zug aus einem Federstahldraht gebogen. Dabei weisen sie einen üblicherweise V- oder U-förmigen Mittelabschnitt auf, der zwei parallel zueinander ausgerichtete Schenkel aufweist. Diese Schenkel begrenzen zwischen sich einen Freiraum, durch den das jeweilige Spannmittel, typischerweise eine Schwellenschraube oder ein Schraubenbolzen, mit seinem Schaft in den Untergrund geführt ist. An ihrem einen Ende sind die Schenkel üblicherweise über einen Basisabschnitt miteinander verbunden, der zur der Schiene zugeordneten Vorderseite der Spannklemme weist. An das jeweils andere Ende der Schenkel des Mittelabschnitts ist dagegen typischerweise jeweils ein Torsionsabschnitt angeformt, der seitlich nach außen gerichtet vom jeweils zugeordneten Schenkel des Mittelabschnitts abgeht.
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Die Torsionsabschnitte sind dabei so in Richtung der Unterseite der Spannklemme gebogen geformt, dass das Federelement im Gebrauch im Bereich der Torsionsabschnitte in einer am jeweiligen Torsionsabschnitt ausgebildeten Stützzone auf einer Aufstandfläche abgestützt werden kann, die an der Oberseite des das Federelement tragenden Bauteils, beispielsweise einer Führungsplatte, ausgebildet ist. An ihrem vom Mittelabschnitt abgewandten Ende gehen die Torsionsabschnitte üblicherweise in jeweils einen Haltearm über, der in seitlicher Ansicht gesehen typischerweise bogenförmig in Richtung der Oberseite der Spannklemme gewölbt ist und in Draufsicht gesehen in Richtung der Vorderseite der zu befestigenden Schiene gerichtet ist. Die freien Endabschnitte der Haltearme weisen dabei typischerweise in Richtung des Mittelabschnitts. Mit diesen Endabschnitten ist die Spannklemme im Gebrauch auf dem Fuß der zu befestigenden Schiene abgestützt.
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An der Unterseite der Endabschnitte sind Stützzonen ausgebildet, mit denen die Endabschnitte im Gebrauch auf dem Schienenfuß aufliegen. Die Stützzonen der Haltearme und der Torsionsabschnitte liegen bei den aus der Praxis bekannten Spannklemmen regelmäßig auf einer Geraden, die im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse der Spannklemme ausgerichtet ist.
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Über die Gestalt der Haltearme sowie die Form und Ausrichtung ihrer Endabschnitte kann die federnde Nachgiebigkeit und damit einhergehend die über die Haltearme auf die Schiene ausgeübte Niederhaltekraft an die Anforderungen und Belastungen angepasst werden, die sich im praktischen Gebrauch ergeben. In gleicher Weise kann das Federverhalten der Spannklemme durch die Formgebung der Torsionsabschnitte und des Mittelabschnitts sowie der zwischen dem Mittelabschnitt und den Torsionsabschnitten sowie zwischen den Torsionsabschnitten und den Haltearmen gegebenenfalls vorhandenen Übergangsabschnitte beeinflusst werden.
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Die Führungsplatten weisen üblicherweise an ihrer Oberseite Formelemente auf, an denen das auf der jeweiligen Führungsplatte anzuordnende Federelement so geführt ist, dass es im Gebrauch seine Position auch unter den in der Praxis auftretenden Belastungen beibehält. Beispielsweise können hierzu kehlenartige Vertiefungen, in denen im Gebrauch die Torsionsabschnitte des Federelements sitzen, oder ein Mittelsteg an der Oberseite der Führungsplatte ausgebildet sein, an dem die Mittelschlaufe geführt und abgestützt ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Lebensdauer von Spannklemmen entscheidend von ihrem Schwingungsverhalten abhängt. Dabei ist bekannt, dass Spannklemmen in der Regel mehrere Eigenfrequenzen besitzen.
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Im praktischen Gebrauch werden die Spannklemmen zu Schwingungen angeregt, wenn ein Zug die mittels der Spannklemmen niedergehaltene Schiene überfährt. Periodisch sich wiederholende Fehler an der Schiene oder an den Rädern der Schienenfahrzeuge können hier zu Resonanzüberhöhungen führen. Liegen diese nahe einer der Eigenfrequenzen der Spannklemme, so kommt es zu einem dramatischen Anstieg der Schwingungsamplitude insbesondere im Bereich der Haltearme der Spannklemme. Die Folge ist ein vorzeitiges, plötzliches Versagen der Spannklemme durch einen Bruch, der sich typischerweise im Bereich ihrer Torsionsabschnitte oder im Übergangsbereich der Haltearme zu den Torsionsabschnitten ereignet.
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In einem in der Zeitschrift El - Der Eisenbahningenieur, August 2016, Seite 25 ff., veröffentlichten Artikel von Maximilian Steiger wird über Untersuchungen zur Optimierung des dynamischen Verhaltens von Schienenbefestigungen berichtet. Als Ergebnis dieser Untersuchungen sind drei Maßnahmen zur Vermeidung von Schäden an Schienenbefestigungen in Folge von Resonanzen vorgeschlagen worden.
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Die erste der vorgeschlagenen Maßnahmen besteht in der Anordnung von schwingungstilgenden Zusatzelementen an der Spannklemme. Diese beispielsweise scheiben- oder schlauchartigen Zusatzelemente sollen insbesondere im Bereich der Haltearme angeordnet werden. Allerdings hat die Untersuchung auch ergeben, dass solche Schwingungstilger zwar hoch wirksam, aber zerstörungsanfällig sind, so dass der Artikel zu dem Schluss kommt, dass praktische Verwendbarkeit solcher Tilger fraglich ist.
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Als zweite Maßnahme ist in dem Artikel eine Vergrößerung der für die Spannklemme an der jeweiligen Führungsplatte vorgesehenen Aufstandflächen vorgeschlagen worden. So hat die Untersuchung ergeben, dass sich durch vergrößerte Auflagerungen die Eigenfrequenzen der Spannklemmen so weit erhöhen lassen, dass sie außerhalb des Bereichs liegen, in dem es in der Praxis typischerweise zur Anregung kommt. Als problematisch erwiesen sich jedoch in der Praxis die Relativbewegungen, die die Spannklemme und die Führungsplatte beim Überfahren der von der Führungsplatte seitlich geführten und von der Spannklemme niedergehaltenen Schiene in Folge der dabei unvermeidlich in horizontaler und vertikaler auftretenden Bewegungen der Schiene zwangsläufig ausführen. Durch diese Bewegungen kam es im Bereich der verbreiterten Auflager zu verstärktem Verschleiß, der die Machbarkeit der vorgeschlagenen Auflagerverbreiterung insgesamt in Frage stellt.
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Als dritte Maßnahme ist in dem Artikel schließlich eine Veränderung der Geometrie der Spannklemme selbst vorgeschlagen worden. Auch diese Maßnahme zielt darauf ab, die Eigenfrequenz der Spannklemme bis in einen Bereich außerhalb der in der Praxis auftretenden Anregung zu erhöhen. Als kritisches Gestaltungsmerkmal ist dabei die Form der Haltearme und der Abstand der Haltearme zur so genannten „Kippachse“ der Haltearme erkannt worden. Als Kippachsen der Haltearme sind in diesem Zusammenhang die Geraden bezeichnet worden, die das Zentrum der Zone, mit dem der jeweilige Haltearm an seinem freien Ende im Gebrauch auf dem Schienenfuß abgestützt ist, und das Zentrum der Zone miteinander verbinden, in dem der jeweilige Haltearm mit seinem anderen Ende auf der Führungsplatte abgestützt ist. Diese Zone liegt typischerweise im Bereich des Torsionsabschnitts, der dem jeweiligen Haltearm zugeordnet ist. Durch eine Reduzierung des Abstands des von den Haltearmen beschriebenen Bogens zu der Kippachse, d.h. einer Verminderung der Höhe des Bogens über der Führungsplatte, konnten wiederum die Eigenfrequenzen ausreichend erhöht werden.
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Allerdings geht mit der Verringerung der Geometrie und insbesondere der Bogenhöhe der Haltearme eine grundsätzliche Veränderung der Federeigenschaften einher. Diese kann so weit gehen, dass die Spannklemme für den jeweiligen Verwendungszweck nicht mehr optimal brauchbar ist oder die an sie hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens gestellten Anforderungen nicht mehr optimal erfüllt.
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Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe gestellt, praxisgerechte Maßnahmen zur Gestaltung eines einzelnen oder mehrerer miteinander zusammenwirkender Bauteile für einen Schienenbefestigungspunkt mit dem Ziel zu nennen, die Lebensdauer des aus den Bauteilen gebildeten Gesamtsystems oder seiner einzelnen Bauteile zu maximieren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die in den Ansprüchen 1 und 7 allgemein angegebenen besonderen Gestaltungen einer Spannklemme oder einer Führungsplatte vor, wobei jede dieser Gestaltungsmaßnahmen für sich, d.h. isoliert von den anderen Maßnahmen die voranstehend angegebene Aufgabe löst und damit zu einer Verbesserung des Schwingungsverhaltens des Gesamtsystems und insbesondere der in diesem System verbauten Spannklemme führt. Dabei versteht es sich von selbst, dass die hier von der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können, um eine optimierte Wirkung zu entfalten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Ein erfindungsgemäßer Befestigungspunkt ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass in ihm eine erfindungsgemäß gestaltete Spannklemme oder eine erfindungsgemäß gestaltete Führungsplatte verbaut sind. Auch hier versteht es sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Spannklemme und die erfindungsgemäße Führungsplatte jeweils einzeln zu einer deutlichen Verbesserung des Schwingungsverhaltens führen, also alternativ zueinander eingesetzt werden können, jedoch in Kombination miteinander ein optimales Ergebnis bringen.
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Eine für die Erfindung wesentliche und im Hinblick auf die hier behandelte Problematik besonders wirksame Maßnahme zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens der Spannklemme selbst besteht somit darin, bei jedem der Haltearme der Spannklemme die Zone, mit der der betreffende Haltearm im Gebrauch auf dem Schienenfuß aufliegt, so zu verlagern, dass die Eigenfrequenz in einen Bereich verlegt wird, in dem es im praktischen Einsatz nicht mehr zur Schwingungsanregung kommt.
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Hierzu schlägt die Erfindung eine Spannklemme zum elastischen Niederhalten einer Schiene für Schienenfahrzeuge, die einen Fuß, einen auf dem Fuß stehenden Steg und einen von dem Steg getragenen Schienenkopf umfasst, vor, die in an sich bekannter Weise
- - einen schlaufenförmigen Mittelabschnitt, der zwei Schenkel und einen die Schenkel miteinander verbindenden Basisabschnitt aufweist, wobei die freie Stirnseite des Basisabschnitts zur Vorderseite, die freie Oberseite des Mittelabschnitts zur Oberseite der Spannklemme und die Schenkel des Mittelabschnitts mit ihren vom Basisabschnitt abgewandten Enden zur Rückseite der Spannklemme gewandt sind,
- - zwei Torsionsabschnitte, von denen jeweils einer an das von dem Basisabschnitt abgewandte Ende eines der Schenkel des Mittelabschnitts angeschlossen ist, wobei die Torsionsabschnitte ausgehend von dem ihnen jeweils zugeordneten Schenkel jeweils seitlich nach außen wegführen und an ihrer Unterseite eine Stützzone aufweisen, mit der die Spannklemme im Gebrauch auf dem sie tragenden Bauteil abgestützt ist, und
- - zwei Haltearme, von denen jeweils einer an das vom zugeordneten Schenkel des Mittelabschnitts abgewandte Ende eines der Torsionsabschnitte angeschlossen ist, wobei die Haltearme in Richtung der Vorderseite der Spannklemme verlaufen und jeweils einen zur Oberseite der Spannklemme hin gewölbten Federabschnitt sowie einen sich daran anschließenden, am freien Ende des Haltearms endenden Stützabschnitt aufweisen, der an seiner Unterseite eine Stützzone besitzt, mit der sich der betreffende Haltearm im Gebrauch auf dem Fuß der zu befestigenden Schiene abstützt.
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Erfindungsgemäß weisen nun die Stützabschnitte der Haltearme in Bezug auf den Mittelabschnitt der Spannklemme jeweils seitlich derart nach außen, dass sich in Draufsicht von oben auf die Spannklemme gesehen, die Geraden, die jeweils das Zentrum der Stützzonen der Haltearme mit dem Zentrum der Stützzone des dem jeweiligen Haltearm zugeordneten Torsionsabschnitts verbinden, in einem auf der Rückseite der Spannklemme gelegenen Bereich schneiden.
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Überraschend hat sich gezeigt, dass dadurch, dass bei einer erfindungsgemäßen Spannklemme die Stützzonen der Stützabschnitte der Haltearme und des Torsionsabschnitts, an den der jeweilige Haltearm angeschlossen ist, nicht mehr auf einer Parallelen zur Symmetrieachse der Spannklemme liegen, sondern auf einer Geraden, die mit dieser Symmetrieachse einen spitzen, in Richtung der Rückseite der Spannklemme zulaufenden Winkel einschließt, die Eigenfrequenzen der Spannklemme effektiv so weit erhöht werden können, dass sie deutlich außerhalb der Anregungsfrequenzen liegen, die im praktischen Einsatz auftreten. Durch die Erfindung wird dabei die Dauerhaltbarkeit der Spannklemme deutlich verbessert, ohne dass dies zu einer wesentlichen Änderung des Federverhaltens führt. Die Erfindung beseitigt damit die in der bisherigen Praxis auftretenden Probleme, ohne dass dazu eine grundsätzliche Neuauslegung der Komponenten eines Schienenbefestigungssystems erforderlich ist.
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Dabei schließt die Erfindung selbstverständlich nicht aus, dass auch die im Stand der Technik in Bezug auf ein optimiertes dynamisches Verhalten der Spannklemme vorgeschlagenen Maßnahmen (siehe beispielsweise den oben genannten Artikel von Maximilian Steiger) bei einer erfindungsgemäßen Spannklemme verwirklicht werden, um aufbauend auf der erfindungsgemäßen Gestaltung ein weiter optimiertes Schwingungsverhalten zu erzielen. Hierzu zählen insbesondere die Verminderung der Höhe der Biegung der Haltearme über der Aufstandfläche, auf der die Spannklemme montiert wird, und die Vergrößerung der Stützzonen, mit denen die Stützabschnitte der Haltearme im Gebrauch auf dem Schienenfuß sitzen.
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Der zwischen den durch die Zentren der Stützzonen der einander jeweils zugeordneten Stützabschnitte und Torsionsabschnitte verlaufenden Geraden schließen, in Draufsicht auf die Spannklemme gesehen, vorzugsweise einen Winkel von mindestens 60°, insbesondere mehr als 60°, oder mindestens 90°, insbesondere mehr als 90°, ein, um einen möglichst großen Abstand zwischen den Eigenfrequenzen der Spannklemme und einer möglichen Anregerfrequenz herzustellen. Im Hinblick auf die Federwirkung der Spannklemme hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn der zwischen den Geraden in Draufsicht auf die Spannklemme gesehen eingeschlossene Winkel maximal 120°, insbesondere weniger als 120°, beträgt.
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Zur Verlagerung der Eigenfrequenzen einer erfindungsgemäßen Spannklemme kann als optionales Gestaltungselement zusätzlich beitragen, dass die Haltearme, in Draufsicht auf die Spannklemme gesehen, ausgehend vom ihnen zugeordneten Torsionsabschnitt jeweils nach außen vom Mittelabschnitt weggerichtet verlaufen.
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Dabei erweist es sich im Hinblick auf die Herstellbarkeit und Dauerhaltbarkeit einer erfindungsgemäßen Spannklemme zudem als vorteilhaft, wenn, ebenfalls optional, der Federabschnitt der Haltearme jeweils in einem sprungfreien Kurvenzug in den zugeordneten Stützabschnitt übergeht.
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Zur Dauerhaltbarkeit und zu einem optimalen Federverhalten einer erfindungsgemäßen Spannklemme kann des weiteren beitragen, wenn, wiederum optional, in Draufsicht auf die Spannklemme gesehen die Stützzonen der Haltearme, in Bezug auf die freie Stirnseite des Basisabschnitts des Mittelabschnitts, in Richtung der Vorderseite der Spannklemme vorstehen.
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Ein an die sich in der Praxis stellenden Bedingungen besonders gut angepasstes Schwingungsverhalten erfindungsgemäß geformter Spannklemmen stellt sich dann ein, wenn für den parallel zur Symmetrieachse der Spannklemme gemessenene Abstand AS zwischen dem Zentrum der Stützzonen der Haltearme und dem Schnittpunkt der Geraden, die jeweils das Zentrum der Stützzonen der Haltearme mit dem Zentrum der Stützzone des dem jeweiligen Haltearm zugeordneten Torsionsabschnitts verbinden, und für den ebenfalls parallel zur Symmetrieachse gemessenene Abstand AG zwischen den Stützzonen der Haltearme und den Zentren der Stützzonen der Torsionsabschnitte gilt:
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Dabei hat es sich als besonders praxisgerecht herausgestellt, wenn gilt:
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Eine erfindungsgemäße Führungsplatte ist mit Formelementen, also mit baulichen Gestaltungsmerkmalen, versehen, die die Haltearme der im Gebrauch auf der Führungsplatte angeordneten Spannklemme gegen zu große Schwingungsamplituden schützen, welche im Fall einer Schwinungsanregung im Bereich einer der Eigenfrequenzen der Spannklemme auftreten.
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Hierzu ist bei einer erfindungsgemäßen Führungsplatte zum seitlichen Führen einer einen Fuß, einen auf dem Fuß stehenden Steg und einen von dem Steg getragenen Schienenkopf umfassenden Schiene für ein Schienenfahrzeug in einem Schienenbefestigungspunkt, auf der freien Oberseite eine Aufstandfläche für eine auf der Führungsplatte zu positionierende Spannklemme vorgesehen, die in dem Befestigungspunkt zum elastischen Niederhalten der Schiene dient, wobei sie die elastische Niederhaltekraft über zwei Haltearme aufbringt, die im Gebrauch mit ihren freien Endabschnitten auf dem Fuß der im Befestigungspunkt befestigten Schiene abgestützt sind. Erfindungsgemäß sind bei einer derartigen Führungsplatte auf der Aufstandfläche mindestens zwei Anschläge vorgesehen, die bei auf der Führungsplatte positionierter Spannklemme mindestens die senkrecht zur Aufstandfläche ausgerichteten Bewegungen der Haltearme der Spannklemme begrenzen.
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Gerät die Spannklemme im Gebrauch in Eigenfrequenz, so schlägt sie mit ihren Haltearmen gegen die erfindungsgemäß auf der Führungsplatte vorgesehenen Anschläge. Diese verhindern somit auch bei einer konventionellen Spannklemme, deren Eigenfrequenzen keinen ausreichenden Abstand zur Anregungsfrequenz haben, dass die Haltearme zu große Schwingungen ausführen, die andernfalls zum Bruch führen könnten.
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Um die Haltearme bei einem Kontakt mit den Anschlägen jeweils sicher aufzufangen, können die Anschläge nach Art von Stützen ausgebildet sein, die an ihrer freien Stirnseite jeweils einen kehlenartigen Sitz für den zugeordneten Haltearm der Spannklemme tragen.
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Um die mit dem Anschlagen der Haltearme an den Anschlägen einhergehenden Stöße zu dämpfen, können die Anschläge an ihrer freien, dem jeweiligen Haltearm der Spannklemme zugeordneten Stirnseite jeweils ein elastisches, einen Kontakt des zugeordneten Haltearm dämpfendes Material aufweisen.
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Auch für eine erfindungsgemäß ausgebildete Führungsplatte gilt selbstverständlich, dass es zweckmäßig sein kann, an ihr zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Gestaltung die im Stand der Technik vorgeschlagenen Maßnahmen (siehe beispielsweise den oben genannten Artikel von Maximilian Steiger) zur Optimierung des dynamischen Verhaltens zu verwirklichen.
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So kann es zur Verschiebung der Eigenfrequenzen einer auf der erfindungsgemäßen Führungsplatte montierten Spannklemme günstig sein, auch bei einer erfindungsgemäßen Führungsplatte an der Aufstandfläche Vertiefungen zu formen, in denen die Spannklemme im Gebrauch mit jeweils einem Abschnitt abgestützt ist, und die Vertiefungen im Bereich ihrer mit der Spannklemme in Kontakt kommenden Kontaktflächen mit einem dämpfenden oder elastischen Material zu belegen. Dieses Material kann als separat gefertigter Einleger oder als stoffschlüssig an das Material der Führungsplatte angeformter Belag ausgebildet sein.
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Ebenso kann es zweckmäßig sein, die Vertiefungen derart an die Form der ihnen jeweils zugeordneten Abschnitte der Spannklemme anzupassen, dass im Gebrauch der in der jeweiligen Vertiefung sitzende Abschnitt der Spannklemme mindestens über einen Teil seiner Länge formschlüssig dicht an der Kontaktfläche der Vertiefung anliegt, also die Kontaktlänge zwischen Führungsplatte und Spannklemme vergrößert ist. Eine optimierte Wirkung dieser Maßnahme ergibt sich dabei dann, wenn die den Vertiefungen zugeordneten Abschnitte der Spannklemme Torsionsabschnitte sind, die in einem kontinuierlichen Kurvenzug zur Unterseite der Spannklemme hin gebogen sind, und die Vertiefungen dem Verlauf der Torsionsabschnitte entsprechend bogenförmig geformt sind, so dass die Torsionsabschnitte bei auf der Führungsplatte positionierter Spannklemme über eine Teillänge ihres Bogenverlaufs formschlüssig und dicht anliegend in der zugeordneten Vertiefung sitzen. Genauso kann es sich positiv auf die Dauerhaltbarkeit einer auf der Führungsplatte angeordneten Spannklemme auswirken, wenn die im Bereich der zum Abstützen der Spannklemme dort vorgesehenen Vertiefungen ein dämpfendes oder elastisch nachgiebiges Material aufweisen. Auch dieses Material kann als separat gefertigter Einleger oder als stoffschlüssig an das Material der Führungsplatte angeformter Belag ausgebildet sein.
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Die Führungsplatte ist, wie beim Stand der Technik üblich, vorzugweise einstückig aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt.
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Den voranstehenden Erläuterungen entsprechend weist ein erfindungsgemäßer Befestigungspunkt, in dem eine einen Fuß, einen auf dem Fuß stehenden Steg und einen von dem Steg getragenen Schienenkopf umfassende Schiene für ein Schienenfahrzeug auf einem Untergrund befestigt ist, eine gegen den seitlichen Rand des Fußes der Schiene wirkende Führungsplatte zum seitlichen Führen der Schiene und eine auf der Führungsplatte positionierte Spannklemme auf, die mit den freien Endabschnitten ihrer Haltearme auf dem Fuß der Schiene abgestützt ist, um eine elastische Niederhaltekraft auf die Schiene auszuüben. Die Spannklemme oder die Führungsplatte sind dabei in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet, wobei auch hier selbstverständlich gilt, dass jeweils nur die Spannklemme oder nur die Führungsplatte in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein können, dass sich aber eine optimale Wirkung ergibt, wenn sowohl die Führungsplatte als auch die Spannklemme den erfindungsgemäßen Maßgaben entspricht.
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Zum Verspannen der Spannklemme kann ein erfindungsgemäßer Befestigungspunkt in an sich bekannter Weise ein Spannelement, wie eine Schwellenschraube oder einen Schwellenbolzen, umfassen, mittels dessen die Spannklemme gegen den Untergrund verspannt ist. Das betreffende Spannelement wird dabei typischerweise durch den zwischen den Schenkeln des Mittelabschnitts der Spannklemme begrenzten Raum und durch eine darunter vorhandene Öffnung der Führungsplatte bis in den Untergrund geführt, wo es verankert wird. Die Verankerung kann dabei in ebenfalls bekannter Weise mittels eines in den Untergrund eingelassenen Dübels oder durch eine andere geeignete Befestigung erfolgen.
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Zum Schutz der in einem Befestigungspunkt für eine Schiene der hier in Rede stehenden Art verbauten Spannklemme kann auch beitragen, dass zwischen den Endabschnitten der Haltearme der Spannklemme und dem Schienenfuß ein Isolierelement angeordnet ist, welches die Spannklemme elektrisch gegenüber dem Schienenfuß isoliert und mindestens abschnittsweise aus einem dämpfenden oder elastisch nachgiebigem Material besteht. So kann der Isolator beispielsweise als Sandwichelement ausgebildet sein, bei dem elektrisch isolierende Schichten mit dämpfenden oder elastischen Schichten kombiniert sind, um bei ausreichender Beständigkeit gegen die von der Spannklemme aufgebrachten Niederhaltekräfte einerseits die geforderte elektrische Isolation und andererseits eine schwingungsmäßige Trennung der Schiene von der Spannklemme zu erreichen. Die hier genannten, sich auf das Isolierelement beziehenden Maßnahmen tragen schon für sich gesehen, also unabhängig von den voranstehend vorgestellten erfindungsgemäßen Gestaltungsmerkmalen, zur Verbesserung der Dauerhaltbarkeit der in einem Schienenbefestigungspunkt eingesetzten Spannklemme bei, wirken sich aber selbstverständlich bei erfindungsgemäßer Gestaltung eines Befestigungspunktes besonders vorteilhaft aus.
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Eine weitere Komponente, die in Befestigungspunkten der hier in Rede stehenden Art regelmäßig zum Einsatz kommt, ist eine elastische Zwischenlage, die in der Regel zwischen dem Schienenfuß und dem Untergrund angeordnet wird, um der Abstützung der Schiene eine bestimmte Nachgiebigkeit in Schwerkraftrichtung zu verleihen. Indem das Dämpfungsverhalten der elastischen Zwischenlage an die in der Praxis auftretenden Anregungsfrequenzen angepasst wird, kann ebenfalls dazu beigetragen werden, dass eine übermäßige Anregung der Spannklemme im Bereich ihrer Eigenfrequenzen vermieden wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Spannklemme in Draufsicht von oben;
- 2 die Spannklemme gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht von ihrer Vorderseite her;
- 3 die Spannklemme gemäß 1 und 2 in seitlicher Ansicht;
- 4 eine Führungsplatte mit einer darauf angeordneter konventioneller Spannklemme in einer perspektivischen Ansicht von hinten;
- 5 die Führungsplatte gemäß 4 in einer perspektivischen Ansicht von vorne.
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Die erfindungsgemäße, in den 1 - 3 dargestellte, aus einem Federdraht mit kreisrundem Querschnitt in einem Stück gebogenen Spannklemme 1 weist einen U-förmigen Mittelabschnitt 2 mit einem der Vorderseite V der Spannklemme zugeordneten gebogenen Basisabschnitt 3 und daran angeschlossenen gerade geformten Schenkeln 4,5 auf. An der der Oberseite O der Spannklemme 1 zugeordneten Oberseite der Schenkel 4,5 des Mittelabschnitts 2 sind abgeflachte Anlageflächen 6,7 vorgesehen, auf denen im Gebrauch eine hier nicht gezeigte, als Spannelement zum Verspannen der Spannklemme 1 dienende Schwellenschraube mit ihrem Schraubenkopf sitzt.
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An ihren vom Basisabschnitt 3 abgewandten, zur Rückseite R der Spannklemme 1 weisenden Enden gehen die Schenkel 4,5 des Mittelabschnitts 2 jeweils in einen Torsionsabschnitt 8,9 der Spannklemme 1 über. Die Torsionsabschnitte 8,9 sind dabei jeweils in Richtung der Unterseite U der Spannklemme 1 gebogen und führen seitlich nach außen gerichtet von dem jeweils zugeordneten Schenkel 4,5 weg. An ihrer Unterseite weisen die Torsionsabschnitte 8,9 jeweils eine Stützzone 10,11 auf, mit der sie im Gebrauch auf einer Aufstandfläche einer Führungsplatte sitzen.
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An das vom Mittelabschnitt 2 jeweils abgewandte Ende der Torsionsabschnitte 8,9 ist jeweils ein Haltearm 12,13 angeschlossen. Die Haltearme 12,13 sind im Bereich ihrer Federabschnitte 14,15 jeweils in Richtung der Oberseite O der Spannklemme 1 bogenförmig gewölbt ausgebildet und verlaufen ausgehend vom jeweiligen Torsionsabschnitt 8,9 in Richtung der Vorderseite V der Spannklemme 1. Dabei sind sie so ausgerichtet, dass sich, in Draufsicht von oben gesehen (1) der parallel zur Verbindungsgeraden G zwischen den Zentren Z10,Z11 der Stützzonen 10,11 gemessene Abstand der Haltearme 12,13 ausgehend von den Torsionsabschnitten 8,9 jeweils erweitert.
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An ihren freien Enden 16,17 enden die Haltearme 12,13 jeweils in einem sich an ihren jeweiligen Federabschnitt 14,15 anschließenden Stützabschnitt 18,19, mit dem der Haltearm 12,13 im Gebrauchszustand auf dem Fuß der hier nicht gezeigten, im jeweiligen Schienenbefestigungspunkt zu befestigenden Schiene sitzt. An der der Unterseite U der Spannklemme 1 zugeordneten Unterseite der Stützabschnitte 18,19 sind dazu an den Enden 16,17 der Haltearme 12,13 jeweils punktförmige Stützzonen 20,21 ausgebildet.
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Die Stützabschnitte 18,19 sind in einem sprungfreien Kurvenzug ausgehend vom jeweiligen Federabschnitt 14,15 vom Mittelabschnitt 2 weg seitlich nach außen weisend so geformt, dass sie tangential an eine parallel zur Verbindungsgeraden G ausgerichteten Gerade angeschmiegt sind. Die Länge der Haltearme 12,13 ist dabei so bemessen, dass die punktförmigen Stützzonen 20,21 in Draufsicht von oben gesehen (1) in Richtung der Vorderseite V der Spannklemme 1 vor dem Basisabschnitt 3 des Mittelabschnitts 2 liegen.
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Infolge der nach außen weisenden Anordnung der Stützabschnitte 18,19 und der dementsprechend seitlich außen liegenden punktförmigen Stützzonen 20,21 der Haltearme 12,13 sind die Verbindungsgeraden G1,G2, welche einerseits (Verbindungsgerade G1) das Zentrum Z10 der Stützzone 10 des Torsionsabschnitts 8 mit der punktförmigen und somit selbst ihr Zentrum darstellenden Stützzone 20 des an den Torsionsabschnitt 8 angeschlossenen Haltearms 12 und andererseits (Verbindungsgerade G2) das Zentrum Z11 der Stützzone 11 des Torsionsabschnitts 9 mit der mit der punktförmigen und somit ebenfalls selbst ihr Zentrum darstellenden Stützzone 21 des an den Torsionsabschnitt 9 angeschlossenen Haltearms 13 verbinden, in Bezug auf die Symmetrieachse S der Spannklemme 1 unter einem spitzen Winkel β1 angeordnet und schließen zwischen sich einen Winkel β2 von ca. 70° ein. Sie schneiden sich dementsprechend in Draufsicht von oben (1) betrachtet in einem hinter der Rückseite R der Spannklemme 1 liegenden Schnittpunkt SG.
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Der parallel zur Symmetrieachse S gemessene Abstand AS zwischen den punktförmigen, selber ihr Zentrum bildenden Stützzonen 20,21 der Haltearme 12,13 einerseits und dem Schnittpunkt SG andererseits entspricht dabei etwa dem 1,5-fachen des ebenfalls parallel zur Symmetrieachse S gemessenen Abstands AG der punktförmigen Stützzonen 20,21 von den Zentren Z10,Z11 der Stützzonen 10,11 der Torsionsabschnitte 8,9. In der Praxis kann der Abstand AG beispielsweise bei ca. 100 mm und der Abstand AS bei ca. 150 mm liegen, wobei der Abstand AS auch im Bereich von beispielsweise 130 mm bis 170 mm variiert werden kann, wenn dies im Hinblick auf die Einstellung der Eigenfrequenzen oder aufgrund baulicher Gegebenheiten zweckmäßig ist.
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Praktische Versuche haben gezeigt, dass die Spannklemme 1 gegenüber einer konventionell geformten, in den 4 und 5 gezeigten Spannklemme 101 um mindestens 50 % erhöhte Eigenfrequenzen aufweist. Diese sind so hoch, dass es auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen, wie sie beispielsweise in Tunneln oder auf Brücken gegeben sein können, zu keiner Anregung der Spannklemme 1 im Bereich ihrer Eigenfrequenzen kommt.
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Auch die in den 4 und 5 gezeigte, auf einer Führungsplatte 100 angeordnete Spannklemme 101 weist einen U-förmigen Mittelabschnitt 102 mit parallel zueinander verlaufenden Schenkeln auf, die in jeweils einen seitlich nach außen vom Mittelabschnitt 102 wegführenden und zur Unterseite U der Spannklemme 101 gebogenen Torsionsabschnitt 108,109 übergehen. Auch die Torsionsabschnitte 108,109 weisen an ihrer Unterseite jeweils eine Stützzone auf, mit der sie im Gebrauch auf der Führungsplatte 100 sitzen.
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An die Torsionsabschnitte 108,109 ist dabei ebenso jeweils ein Haltearm 112,113 mit seinem bogenförmig nach oben gewölbten Federabschnitt 114,115 angeschlossen. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Spannklemme 1 sind bei der Spannklemme 101 jedoch die an den freien Enden 116,117 der Haltearme 112,113 endenden Stützabschnitte 118,119 der Spannklemme 101 in Richtung des Mittelabschnitts 102 gebogen, so dass die Enden 116,117 der Spannklemme 101 gegeneinander gerichtet und die Verbindungsgeraden G1',G2', die jeweils die punktförmigen Stützzonen der Haltearme 112,113 mit dem Zentrum Z110,Z111 der Stützzonen am jeweils zugeordneten Torsionsabschnitt 108,109 miteinander verbinden, parallel zur Symmetrieachse S' der Spannklemme 101 ausgerichtet sind.
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Um auch bei der konventionell geformten Spannklemme 101 eine Beschädigung in Folge von übermäßigen Schwingungsbewegungen in Folge einer Anregung im Eigenfrequenzbereich zu verhindern, sind auf der an der Oberseite der einstückig aus einem hierzu bewährten Kunststoff geformten Führungsplatte 101 ausgebildeten Aufstandfläche 125 nach Art von Stützen geformte Anschläge 126,127 vorgesehen. Die Anschläge 126,127 sind dabei im Bereich der größten Höhe des jeweiligen Federabschnitts 114,115 der Spannklemme 101 angeordnet und tragen an ihrem freien stirnseitigen Ende jeweils eine U-förmige Aufnahme 128,129, deren Abmessungen so bemessen sind, dass der jeweilige Federabschnitt 114,115 im Fall, dass es zu einem Kontakt mit dem zugeordneten Anschlag 126,127 kommt, formschlüssig in der jeweiligen Aufnahme 128,129 sitzt. Um den Kontakt zu dämpfen, ist die Aufnahme mit einem stoßdämpfenden Material ausgelegt. Die Höhenposition der Aufnahmen 128,129 ist dabei so gewählt, dass die Federabschnitte 114,115 die bei Normalbetrieb erforderlichen federnden Bewegungen ausführen kann, jedoch bei einer übermäßigen, über die im Normalbetrieb zu erwartenden Bewegungen hinausgehenden Anregung in den Aufnahmen 128,129 abgestützt sind.
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Mit den im Bereich ihrer Torsionsabschnitte 108,109 vorgesehenen Stützzonen Z110,Z111 sitzt die Spannklemme 101 in jeweils einer in die Aufstandfläche 125 der Führungsplatte 100 eingeformten Vertiefung 130,131. Die Vertiefungen 130,131 sind dabei in an die Aufstandsfläche 125 angeformten Erhöhungen 132,133 ausgebildet. Deren Größe, Dicke und Höhe ist so ausgelegt, dass die Bogenlänge BL, über die ein Kontakt zwischen dem jeweiligen Torsionsabschnitt 108,109 und der Führungsplatte 100 besteht, wesentlich größer ist als der annähernd punktförmige Kontakt, der zwischen den Torsionsabschnitten 108,109 bestünde, wenn diese auf einer ebenen Aufstandfläche abgestützt würden. Der Zweck der Ausbildung der Vertiefungen 130,131 in den Erhöhungen 132,133 besteht dabei darin, dass die Position der Torsionsabschnitte 108,109 trotz ihres Sitzes in den Vertiefungen 130,131 in Bezug auf die Aufstandfläche 125 dieselbe ist, wie bei einer Abstützung auf einer ebenen Aufstandfläche 125. Auch die Vertiefungen 130,131 sind mit einem geeigneten dämpfenden Material ausgelegt, um die Schwingungen der Spannklemme 101 zu dämpfen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannklemme
- 2
- Mittelabschnitt der Spannklemme 1
- 3
- Basisabschnitt des Mittelabschnitts 2
- 4,5
- Schenkel des Mittelabschnitts 2
- 6,7
- Anlageflächen der Schenkel 4,5
- 8,9
- Torsionsabschnitte der Spannklemme 1
- 10,11
- Stützzonen der Torsionsabschnitte 8,9
- 12,13
- Haltearme der Spannklemme 1
- 14,15
- Federabschnitte der Haltearme 12,13
- 16,17
- freie Enden der Haltearme 12,13
- 18,19
- Stützabschnitte der Haltearme 12,13
- 20,21
- punktförmige Stützzonen (= Zentrum der Stützzonen 20,21)
- G,G1,G2
- Verbindungsgeraden
- Z10,Z11
- Zentren der Stützzonen 10,11
- β1,β2
- Winkel
- S
- Symmetrieachse der Spannklemme 1
- 100
- Führungsplatte
- 101
- Spannklemme
- 102
- U-förmiger Mittelabschnitt der Spannklemme 101
- 108,109
- Torsionsabschnitte der Spannklemme 101
- 112,113
- Haltearm der Spannklemme 101
- 114,115
- Federabschnitte der Haltearme 112,113
- 116,117
- freie Enden der Haltearme 112,113
- 118,119
- Stützabschnitte der Spannklemme 101
- 125
- Aufstandfläche der Führungsplatte 100
- 126,127
- Anschläge
- 128,129
- U-förmige Aufnahmen (= Sitz)
- 130,131
- Vertiefungen
- 132,133
- Erhöhungen
- BL
- Bogenlänge, über die ein Kontakt zwischen dem jeweiligen Torsionsabschnitt 108,109 und der Führungsplatte 100 besteht
- G1',G2'
- Verbindungsgeraden
- Z110,Z111
- Zentrum der Stützzonen der Torsionsabschnitte 108,109
- S'
- Symmetrieachse der Spannklemme 101
- AG, AS
- Abstände
- O
- Oberseite der Spannklemmen 1,101
- U
- Unterseite der Spannklemme 1,101
- R
- Rückseite der Spannklemme 1,101
- SG
- Schnittpunkt
- V
- Vorderseite der Spannklemme 1,101
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/005543 A1 [0007]
- WO 2010/091725 A1 [0007]
- WO 2012/059374 A1 [0007]
- WO 2014/029705 A1 [0007]
- WO 2011/110456 A1 [0008]
- WO 2005/010277 A1 [0008]
- WO 2015/051841 A1 [0008]