DE102016216529A1

DE102016216529A1 - Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE102016216529A1
Application number: DE102016216529.1A
Authority: DE
Inventors: Jia Liu; Stefan Lienhard; William LOCCI; Frank Meyer
Original assignee: Schwihag AG
Current assignee: Schwihag AG
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2018-03-01
Also published as: RU2670844C1; CN107794811B; US20180058013A1; BR102017018457A2; US10704205B2; ZA201705731B; BR102017018457B1; RU2670844C9; AR109492A1; EP3290584A1; CN107794811A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene (2) für Schienenfahrzeuge, umfassend eine Metallschwelle (1) mit zumindest einer Durchbrechung (3), wobei ein Ankerglied (9) die Durchbrechung (3) durchgreift, und wobei das Ankerglied (9) die Schiene (2) mittels einer Spannklemme (8) gegen Metallschwelle (1) zieht, wobei die Spannklemme (8) zudem an einem Halteglied (6) abgestützt ist, wobei das Halteglied (6) in einer Querrichtung mittels einer auf der Metallschwelle (1) angeordneten Querstütze (4) gegen betriebsgemäße Querkräfte abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene für Schienenfahrzeuge.
WO 2011/107148 A1 beschreibt ein System zur Befestigung einer Schiene auf einer Hohlschwelle aus Metall, bei dem ein Hakenbolzen eine Durchbrechung in der Hohlschwelle durchgreift und über einen Formschluss von unten gegen die Hohlschwelle gezogen wird. Bei einer solchen Anordnung werden im Fahrbetrieb auftretende Querkräfte überwiegend über den in der Durchbrechung anliegenden Hakenbolzen in die Hohlschwelle eingeleitet.
DE 44 06 105 A1 beschreibt eine Schienenbefestigung auf zwei Stahlträgern, bei der ein erstes Bolzenpaar eine Schiene mittels Spannklemmen gegen eine Rippenplatte drückt, wobei die Rippenplatte über ein zweites Bolzenpaar ohne Spannklemmen an den Stahlträgern festgelegt ist.
Bei weiteren bekannten Lösungen zur Verwendung von Stahlschwellen werden die Schienen nicht unmittelbar auf der Schwelle montiert, sondern auf aufwendig herzustellenden Schienenunterlagsplatten, die ihrerseits mit der Schwelle verschweißt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene für Schienenfahrzeuge anzugeben, die eine einfache und langlebige Festlegung einer Schiene auf einer Metallschwelle ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Abstützung des Haltegliedes an der Querstütze kann verhindert werden, dass die betriebsgemäßen Querkräfte über eine unmittelbare Anlage des Ankerglieds an einer Wand der Durchbrechung übertragen werden.
Das erfindungsgemäße Konzept einer Schienenbefestigung erlaubt es, dass das Ankerglied im Wesentlichen die Aufgabe hat, die Schiene in der Senkrechten gegen die Metallschwelle zu fixieren, während im Betrieb auftretende Querkräfte der Schiene vorrangig über das Halteglied und die Querstütze in die Metallschwelle eingeleitet werden. Hierdurch ist eine Aufteilung der wirkenden Kräfte erzielt, die insgesamt große Betriebskräfte bei hoher Lebensdauer erlauben und einem Verschleiß der Metallschwellen z. B. durch Rissbildung vorbeugen.
Unter einer Metallschwelle werden bevorzugt Schwellen aus Stahl verstanden. Die Formgebung der Metallschwelle kann abgesehen von den erfindungsgemäßen Merkmalen auf herkömmliche Weise erfolgen, zum Beispiel als offene oder geschlossene Trogschwelle, als I-Schwelle, T-Schwelle oder Sonstiges. Im allgemeinen Sinn der Erfindung wird unter einer Metallschwelle jede metallene Unterlage für verstanden, also zum Beispiel auch Metallplatten, die in Fahrtrichtung mehrere erfindungsgemäße Festlegungen der Schiene hintereinander aufweisen.
Je nach Anforderungen können unterschiedliche Zwischenplatten aus einem dämpfenden Material wie etwa Kunststoff zwischen der Schiene und der Metallschwelle eingesetzt sein.
Eine Spannklemme ist im Sinne der Erfindung jedes federelastische Mittel, das mit einer definierten Vorspannung über einen Spannweg beaufschlagbar ist und die Schiene mittels der Vorspannung nach unten in Richtung der Metallschwelle drückt. Übliche Spannklemmen sind oft aus entsprechend federelastischem Rundmaterial vorgebogen.
Unter einem Ankerglied wird im Sinne der Erfindung allgemein jedes auf Zug belastbare Befestigungsmittel verstanden, das einerseits an der Metallschwelle gehalten ist und die Schiene nach unten gegen die Metallschwelle hält. Beispiele für bevorzugte Ankerglieder im Sinne der Erfindung sind formschlüssig in der Metallschwelle gehaltene Bolzen mit einem Gewinde an einem oberen Ende. Der Bolzen kann zum Beispiel mit einem Verschlusskopf an einem unteren Ende durch ein Langloch in der Metallschwelle gesteckt und dann zur Herstellung eines Formschlusses verdreht werden.
Die Querrichtung verläuft im Sinne der Erfindung waagerecht und quer zu einer Erstreckungsrichtung der Schiene.
Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass das Ankerglied in der Querrichtung unter Betriebsbedingungen ein freies Spiel in der Durchbrechung aufweist. Hierdurch wird eine Abstützung der Querkräfte am Rand der Durchbrechung vermieden. Dies verringert die Gefahr einer Rissbildung an der Metallschwelle.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schiene mittels elektrisch isolierender Bauteile gegenüber der Metallschwelle isoliert ist. Die elektrische Isolation kann zu verschiedenen Zwecken erfolgen, zum Beispiel als Sicherheitsmechanismus oder aus signaltechnischen Gründen. Die isolierenden Bauteile können insbesondere aus einem Kunststoff bestehen. Beispielhaft kann um das Ankerglied eine isolierende Hülse angeordnet sein.
Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass das Halteglied eine Winkelführungsplatte für die Spannklemme umfasst. Eine solche Winkelführungsplatte stützt die Spannklemme ab und führt diese im Zuge einer Spannung bei der Montage der Schiene. Die Winkelführungsplatte kann auch einen Anschlag z. B. für eine Schraubmutter aufweisen, so dass eine genaue Vorspannung der Spannklemme definiert wird.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann die Winkelführungsplatte zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein. Dies erlaubt auf besonders einfache Weise eine elektrische Isolation der Schiene gegenüber der Metallschwelle.
Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass eine Positionierung der Schiene gegenüber der Metallschwelle in der Querrichtung mittels des Halteglieds auswählbar ist. Hierzu können zum Beispiel Halteglieder verschiedener Breite vorkonfektioniert sein. Alternativ oder ergänzend können die Halteglieder einsetzbare seitlich wirkende Abstandsstücke umfassen, die in verschiedener Breite vorliegen und je nach Erfordernissen ausgewählt werden.
Zur Verringerung von Kraftspitzen und allgemeinen Verschleißreduzierung kann es vorgesehen sein, dass das Halteglied in der Querrichtung elastisch deformierbar ausgebildet ist. Dies kann durch gezielt vorgesehene Sicken, Materialaussparungen oder Ähnliches erfolgen. Eine Federkonstante des Haltegliedes in der Querrichtung kann durch solche Maßnahmen optimiert bzw. an die betriebsgemäß zu erwartenden Querkräfte angepasst werden.
Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform kann die Metallschwelle als eine Trogschwelle geformt sein. Trogschwellen sind besonders geeignet, hohe Querkräfte in ein Schotterbett zu übertragen und ideal mit einer erfindungsgemäßen Befestigung der Schiene kombinierbar.
Zur besseren Kraftverteilung kann die Querstütze einen in einer Schienenlängsrichtung erstreckten Längskörper umfassen. Bevorzugt erstreckt der Längskörper sich dabei im Wesentlichen über eine Länge einer Auflagefläche der Schiene auf der Metallschwelle, so dass eine optimale Verteilung der Krafteinleitung über die Schwellenbreite erfolgt.
Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Querstütze als unlösbares Bauteil ausgebildet ist. Bevorzugt kann die Querstütze dabei stoffschlüssig mit der Metallschwelle verbunden sein, also zum Beispiel durch Verschweißung. Grundsätzlich kann die Querstütze aber auch durch Urformen oder Umformen an der Metallschwelle ausgebildet werden.
Alternativ hierzu kann die Querstütze aber auch als lösbar mit der Metallschwelle verbundenes Bauteil ausgebildet sein. Dies erlaubt eine einfache Vorkonfektionierung mit entsprechender Anpassung an verschiedene Spurbreiten.
Grundsätzlich kann die Querstütze auch Vertiefungen oder Durchbrechungen in der Metallschwelle umfassen, in die ein entsprechendes Gegenstück des Haltegliedes form- und/oder reibschlüssig eingreift. Auch solche Anordnungen erlauben eine über eine große Breite verteilte Einleitung der Querkräfte über in die Metallschelle, die von der senkrecht wirkenden Haltekraft des Ankergliedes separiert ist. Ungünstige Materialbelastungen der Metallschwelle wie zum Beispiel bei herkömmlichen, unmittelbaren Abstützungen der Querkräfte über das Ankerglied werden somit vermieden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine räumliche Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 zeigt eine explodierte räumliche Ansicht der Vorrichtung aus 1.
3 zeigt eine räumliche Detailansicht der Vorrichtung aus 1 von unten.
4 zeigt eine räumliche Ansicht einer Winkelführungsplatte der Vorrichtung aus 1.
5 zeigt die Winkelführungsplatte aus 4 von unten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine in einer Querrichtung erstreckte Metallschwelle 1, auf der zwei parallele, senkrecht zu der Querrichtung in einer Schienenlängsrichtung erstreckte Schienen 2 zur Führung eines Schienenfahrzeugs aufgebracht sind.
Die Metallschwelle 1 ist vorliegend als Trogschwelle aus einem entsprechend umgeformten Stahlblech ausgebildet. Die Festlegung der beiden Schienen 2 erfolgt baugleich, so dass nachfolgend nur auf die Festlegung einer der Schienen Bezug genommen wird.
Zur Festlegung der Schiene 2 an der Metallschwelle 1 sind in der Stahlwelle zwei Durchbrechungen 3 eingebracht, die nach Art von in der Querrichtung erstreckten Langlöchern ausgebildet sind. Auf der Oberseite der Metallschwelle sind zwei Querstützen 4 aufgeschweißt bzw. stoffschlüssig festgelegt. Die Querstützen 4 sind als einfache Leisten ausgeformt, die sich in der Schienenlängsrichtung erstrecken. Dabei verlaufen die Querstützen 4 zumindest annähernd über eine Länge, die einer Auflagefläche der Schiene 2 auf der Metallschwelle 1 entspricht.
Die Durchbrechungen 3 sind innerhalb des Bereiches zwischen den Querstützen 4 angeordnet. Die Schiene 2 wird auf der Metallschwelle 1 abgestützt. Zur besseren Dämpfung ist zwischen der Schiene 2 und der Metallschwelle 1 eine Zwischenplatte 5 aus einem elastischen Material, vorliegend einem Kunststoff, eingelegt. Die Zwischenplatte 5 übernimmt dabei keine Funktionen einer Verstärkung der Metallschwelle, so dass die Schiene 2 bezüglich der abstützenden Kräfte unmittelbar auf der Metallschwelle 1 aufliegt.
Auf jeder Seite der Schiene 1 ist zwischen der jeweiligen Querstütze 4 und einem Schienenfuß 2a der Schiene 2 ein Halteglied 6 angeordnet. Die Halteglieder 6 sind vorliegend auf jeder Seite der Schiene baugleich ausgebildet. Jedes der beiden Halteglieder 6 einer Schiene 2 umfasst vorliegend jeweils eine Winkelführungsplatte 7, eine Spannklemme 8 und ein Ankerglied 9. Dabei liegt die Winkelführungsplatte 7 auf der Metallschwelle 1 auf und stützt bzw. führt die federelastische Spannklemme 8. Die Spannklemme 8 ist mit einer Seite in Ausnehmungen 7a der Winkelführungsplatte 7 geführt und übergreift mit einer anderen Seite von oben den Schienenfuß 2a.
Das Ankerglied 9 ist als bolzenartiger Zuganker ausgebildet, der an einem unteren Ende einen länglichen Verschlusskopf 9a und an einem oberen Ende ein Außengewinde 9b aufweist. Das Ankerglied wird mit dem Verschlusskopf 9a durch die jeweilige Durchbrechung 3 der Stahlschwelle 1 gesteckt und zur Herstellung eines Formschlusses verdreht. Nachfolgend werden die Winkelführungsplatte 7 und die Spannklemme 8 über das Ankerglied gesteckt und die Spannklemme wird mittels einer mit dem Außengewinde 9b korrespondierenden Mutter 10 und Unterlegscheiben 11 angezogen.
Dabei drückt die Spannklemme den Schienenfuß 2a im Wesentlichen senkrecht nach unten gegen die Metallschwelle 1. Das Ankerglied hat in dem Langloch in der Querrichtung ausreichendes Spiel, so dass Querkräfte nicht durch eine Anlage des Ankerglieds in der Durchbrechung 3 in die Metallschwelle 1 eingeleitet werden.
Das Halteglied 6 bzw. die Winkelführungsplatte 7 füllt den Bereich zwischen Schienenfuß 2a und Querstütze 4 spielfrei aus, so dass im Betrieb auftretende Querkräfte über die Halteglieder in die Querstützen eingeleitet werden.
Dabei liegt die Winkelführungsplatte 7 mit einer Anlagekante 7b an der Querstütze 4 an, so dass die Kraft über die Länge der Querstütze verteilt wird. Ein Fortsatz der Winkelführungsplatte übergreift zudem vorliegend die Querstützen 4 im Bereich der Anlagekante 7b.
Zur Reduzierung von auftretenden Kraftspitzen ist die Winkelführungsplatte in der Querrichtung elastisch ausgelegt, wobei eine Federkonstante in dieser Richtung entsprechend der zu erwartenden Kraftspitzen gewählt ist. Hierzu sind in der Winkelführungsplatte gezielt Schwächungen 7c ausgeformt, die eine elastische Deformation um einen entsprechenden gewissen Hub erlauben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt bei Bedarf auch eine elektrische Isolation der Schiene 2 gegenüber der Metallschwelle 1, zum Beispiel zur Errichtung üblicher Sicherheitsschaltungen im Bereich von Stellwerken oder Ähnliches.
Hierzu sind einige Bauteile wie etwa die Zwischenplatte 5 aus einem isolierenden Material wie etwa Kunststoff ausgebildet. Zudem wird das Ankerglied von der Spannklemme 8 isoliert, zum Beispiel mittels einer das Ankerglied 9 umgreifenden Hülse 12 aus Kunststoff. In einem solchen Fall wären zumindest teilweise auch die auf die Spannklemme drückenden Unterlegscheiben 11 aus isolierendem Material zu wählen.
Ferner kann die Winkelführungsplatte 7 zum Zweck der Isolation aus Kunststoff ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungsformen einer isolierten Schiene kann die Winkelführungsplatte aber auch aus Metall bestehen und dafür eine entsprechende isolierende Platte zwischen dem Schienenfuß 2a und der Winkelführungsplatte vorgesehen sein.
Um eine ausreichend genaue Positionierung der Schiene 2 in der Querrichtung auf der Metallschwelle zu ermöglichen, können Winkelführungsplatten verschiedener Breite vorgesehen sein. Dabei werden jeweils Paare von Winkelplatten ausgewählt und kombiniert, die insgesamt eine spielfreie Abstützung zwischen den Querstützen 4 sicherstellen. Die Position der Schiene 2 relativ zu den Durchbrechungen 3 kann in gewissem Rahmen geändert werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Positionierung der Schiene durch entsprechend konfektionierte zusätzliche Abstandsstücke in der Querrichtung zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste

1: Metallschwelle
2: Schiene
2a: Schienenfuß
3: Durchbrechung, Langloch
4: Querstütze
5: Zwischenplatte
6: Halteglied
7: Winkelführungsplatte
7a: Ausnehmungen in der Winkelführungsplatte
7b: Anlagekante der Winkelführungsplatte
7c: Schwächungen in der Winkelführungsplatte
8: Spannklemme
9: Ankerglied
9a: Verschlusskopf des Ankerglieds
9b: Außengewinde des Ankerglieds
10: Mutter
11: Unterlegscheiben
12: Hülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/107148 A1 [0002]
DE 4406105 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Befestigung einer Schiene (2) für Schienenfahrzeuge, umfassend eine Metallschwelle (1) mit zumindest einer Durchbrechung (3), wobei ein Ankerglied (9) die Durchbrechung (3) durchgreift, und wobei das Ankerglied (9) die Schiene (2) mittels einer Spannklemme (8) gegen Metallschwelle (1) zieht, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannklemme (8) zudem an einem Halteglied (6) abgestützt ist, wobei das Halteglied (6) in einer Querrichtung mittels einer auf der Metallschwelle (1) angeordneten Querstütze (4) gegen betriebsgemäße Querkräfte abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerglied (9) in der Querrichtung unter Betriebsbedingungen ein freies Spiel in der Durchbrechung (3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (2) mittels elektrisch isolierender Bauteile (5, 7, 11, 12) gegenüber der Metallschwelle (1) isoliert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteglied (6) eine Winkelführungsplatte (7) der für die Spannklemme (8) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelführungsplatte (7) zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionierung der Schiene (2) gegenüber der Metallschwelle (1) in der Querrichtung mittels des Halteglieds (7) auswählbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteglied (7) in der Querrichtung elastisch deformierbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschwelle (1) als eine Trogschwelle geformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstütze (4) einen in einer Schienenlängsrichtung erstreckten Längskörper umfasst, wobei der Längskörper sich insbesondere im Wesentlichen über eine Länge einer Auflagefläche der Schiene auf der Metallschwelle erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstütze (4) als unlösbares, insbesondere stoffschlüssig mit der Metallschwelle (1) verbundenes, Bauteil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstütze als lösbar mit der Metallschwelle verbundenes Bauteil ausgebildet ist.