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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spannbetonschwelle mit folgenden Verfahrensschritten: a) es wird eine Form für die Spannbetonschwelle bereitgestellt, wobei die Form aus einem Spannrahmen und mindestens einem Schalungstrog besteht, wobei ein Schalungstrog Seitenwandungen und ein Bodenblech, ggf. mehrstückig aus Bodenteilblechen gebildet, aufweist, auf welches forminnenseitig zumindest ein Sickenschalkörper angebracht oder ausgebildet bzw. ausgeformt ist, b) in der Form (2) werden Bewehrungsstäbe (3) positioniert, c) durch mit den positionierten Bewehrungsstäben (3) fluchtende Spannöffnungen (9) in der Form (2) wird jeder Bewehrungsstab (3) mittels Spannelementen (10) mit einer definierten Zugspannung vorgespannt, d) in die Form (2) wird Beton eingefüllt und erhärtet, f) es werden die Spannelemente (10) gelöst und ggf. entfernt und g) die so erhaltene Spannbetonschwelle (1) wird aus den Seitenwandungen (6) bzw. dem Schalungstrog ausgeschalt oder ausgeschlagen.
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Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
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Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Literaturstelle
DE 102014012531 bekannt.
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Hierbei besteht ein gewisses Risiko, dass bei Einsatz von Sickenkörpern, welche an dem Bodenblech angebracht bzw. dort ausgebildet sind, insbesondere Risse im Beton, ausgehend von dem Bereich der geformten Sicke, entstehen während des Umspannprozesses bzw. dem Lösen der Spannelemente.
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Dies ist ein Sekundäreffekt des Umstandes, dass die Spannbetonschwelle im Moment des Umspannprozesses in der Form aufsteigt, typischerweise um 1 bis 3 mm, aufgrund der Schwellengeometrie, wobei dieser Wert vom Typ der Spannbetonschwelle abhängt. Dieses Aufsteigen liegt darin begründet, dass sich beim Umspannen die Spannbetonschwelle verkürzt und die Form länger wird, wodurch aufgrund der Geometrie der im Bereich eines Sickenkörpers im Beton gebildeten Sicke mit geneigten Flächen an der Oberseite der Spannbetonschwelle schräge Gleitebenen beim Umspannen gebildet sind, an welchen eine Querbewegung des Materials durch Verkürzen der Spannbetonschwelle eine vertikale Bewegungskomponente vermittelt bekommt.
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Bei dem besagten Aufsteigen einer Spannbetonschwelle beim Lösen der Ankerbolzen bzw. Spannbolzen der Bewehrungsstäbe können nicht nur Spannungen im Einbindebereich der Spannbetonschwelle und der Ankerbolzen sowie Spannbolzen auftreten, welche sogenannte Kopfrisse verursachen können.
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Vielmehr erfolgt auch eine im Wesentlichen linienförmige Druckbelastung des Betons dadurch, dass sich eine Sicke gegen einen Sickenkörper bewegt, und zwar beaufschlagt nicht nur mit der vollen Gewichtskraft der Spannbetonschwelle, sondern zusätzlich auch noch in erheblichem Maße durch Rückstellkräfte bei den sich beim Aufsteigen verformungsbehindernden Bewehrungsstäbe (im Bereich der Spannelemente). Diese erhöhte Belastung kann zu sogenannten Sickenrissen im Beton führen, welche unerwünscht sind.
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Bekannt ist auch das sogenannte Langbettverfahren, wobei ohne Spannelemente an den Enden der Bewehrungsstäbe gearbeitet wird. Hier ist die Gefahr von Sickenrissen etwas reduziert, da beim Aufsteigen keine Rückstellkräfte seitens der Bolzen wirken, so dass „lediglich“ im Sickenbereich im Wesentlichen Kräfte aufgrund des Eigengewichts einer Spannbetonschwelle wirken. Diese werden durch spezielle Abschervorrichtungen der Sickenkörper oder Gleitvorrichtungen der Bodenbleche im Wesentlichen vermieden. Im Rahmen bekannter Langbettverfahren ist auch das Absenken von Bodenplatten bekannt, dies hat den gleichen Effekt.
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Technisches Problem der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Spannbetonschwelle anzugeben, bei welchem Sickenrisse und Risse durch behinderte Verformung bei Schwellen vorwiegend mit einer Länge über 2,6 m zuverlässig vermieden werden, ohne dass dadurch das Verfahren nennenswert aufwändiger oder langwieriger wird und bei Beibehaltung der Präzision der Lage der Sicken bei fertigen Produkt. Weiterhin liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde zugleich auch das Risiko der Bildung von Kopfrissen zu reduzieren.
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Grundzüge der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen
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Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Spannbetonschwelle mit den folgenden Verfahrensschritten: a) es wird eine Form für die Spannbetonschwelle bereitgestellt, wobei die Form Seitenwandungen und ein Bodenblech aufweist, auf welches Bodenblech forminnenseitig zumindest ein Sickenschalkörper angebracht oder ausgeformt ist und wobei das Bodenblech mit Sickenschalkörper von den Seitenwandungen, nach außen abnehmbar ist, b) in der Form werden Bewehrungsstäbe positioniert, c) durch mit den positionierten Bewehrungsstäben fluchtende Spannöffnungen in der Form wird jeder Bewehrungsstab mittels Spannelementen, insbesondere Spannbolzen, mit einer definierten Zugspannung vorgespannt, d) in die Form wird Beton eingefüllt und erhärtet, e) hiernach wird zunächst das Bodenblech mit Sickenschalkörper von den Seitenwandungen gelöst und abgenommen, f) anschließend werden die Spannelemente gelöst und ggf. entfernt und g) die so erhaltene Spannbetonschwelle wird aus den Seitenwandungen ausgeschalt oder ausgeschlagen.
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Im Detail weist eine Form einen Spannrahmen und zumindest einen Schalungstrog, ggf. mehrere Schalungströge auf. Die Seitenwandungen und das Bodenblech bilden dabei einen Schalungstrog. Für einen Schalungstrog bzw. für eine Form kann das Bodenblech einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
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Der Begriff der Spannbetonschwelle umfasst insbesondere auch Schwellen für die Bahntechnik, welche im Bereich von Weichen angeordnet bzw. für Weichen vorgesehen sind werden. Solche Spannbetonschwellen weisen typischerweise eine Länge von über 2,6 m auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßigerweise mittels Einzel-, Zweifach-, Dreifach- oder Vierfachformen ausgeführt, also generell bei Verfahren in welchen die Länge der Form im Wesentlichen der Länge einer herzustellenden Spannbetonschwelle entsprich, und nicht einem Vielfachen dieser Länge, wie beispielsweise bei Langbettverfahren, bei welchen ohnehin ohne Anker- und Spannbolzen gearbeitet wird.
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Mit der Erfindung wird erreicht, dass beim Umspannen bzw. Lösen der Spannelemente im Bereich der in der Spannbetonschwelle gebildeten Sicke praktisch keinerlei Druckkräfte mehr auf den Sickenbereich wirken, so dass eine Bildung von Sickenrissen zuverlässig vermieden wird und Risse durch behinderte Verformung vermieden werden. Hinzu kommt, dass durch das Entfallen des Aufsteigens der Spannbetonschwelle bei Umspannen bzw. Lösen der Spannelemente auch das Risiko der Bildung von Kopfrissen signifikant reduziert wird. Insgesamt wird ein erheblich verbessertes Produkt erhalten bzw. die Ausschußrate auf nahezu null reduziert, und zwar bei nur geringfügig erhöhtem Herstellungsaufwand, wobei zusätzliche Arbeitsschritte zudem leicht automatisierbar sind.
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Grundsätzlich kommen für die Bewehrungsstäbe alle fachüblichen Materialien in Frage. Typischerweise wird hierfür profilierter oder nicht profilierter Spannstahl verwendet. Ebenso denkbar ist jedoch auch beispielsweise der Einsatz von austenitischen Stählen oder (nichtrostenden) Edelstählen. Bei den Gewinden, welche typischerweise an den Enden der Bewehrungsstäbe angebracht sind, handelt es sich in der Regel um Außengewinde. Dann tragen Ankerbolzen sowie Spannbolzen hierzu komplementäre Innengewinde. Grundsätzlich möglich ist, stattdessen Innengewinde an den Bewehrungsstäben vorzusehen und Außengewinde bei den Ankerbolzen und Spannbolzen. Aber auch alternative lösbare zugkraftfeste Verbindungen zwischen Ankerbolzen sowie Spannbolzen einerseits und den Enden der Bewehrungsstäbe andererseits sind denkbar. So können die Ankerbolzen bzw. Spannbolzen in Form von lösbaren Spannzangen ausgebildet sein, welche die Enden der Bewehrungsstäbe, glatt oder profiliert, spannend fassen. Bewehrungsstäbe haben typischerweise einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 15 mm, beispielsweise bei B70-Spannbetonschwellen 9,5 mm oder beispielsweise bei NS90 Spannbetonschwellen 10,5 mm. Des Weiteren können auf einen Bewehrungsstab sog. Endverankerungen angebracht sein, welche als Zylinder, typischerweise Stahlzylinder aus Vollmaterial oder auch als rechteckige oder polygone Scheiben, ausgebildet sind. Diese Endverankerungen sind zwischen dem Mittelpunkt eines Bewehrungsstabes und jeweils einem Gewinde angebracht oder es werden bei rechteckigen oder polygonen Endverankerungen 1 bis 4 Stäbe durch die Endverankerung zusammengefasst und im Schwerpunkt Befestigungsaufnahmen für die Anker- und Spannbolzen vorgesehen. Typischerweise sind mindestens zwei solche Endverankerungen vorgesehen.
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Im Einzelnen sind die folgenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einrichtbar.
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Bevorzugt ist es, wenn in Stufe e) die Form zunächst um eine Längsachse der Form gedreht, insbesondere um ca. 180° gedreht, und danach das Bodenblech mit Sickenschalkörper von den Seitenwandungen gelöst und abgenommen wird. Die Längsachse einer Form ist stets parallel zu einer damit herstellbaren Spannbetonschwelle, auch im Falle von beispielsweise Zweifach- bis Vierfachformen, wo die herstellbaren Spannbetonschwellen parallel zueinander und nebeneinander liegen.
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Weiterhin bevorzugt ist es, wenn die Form zur Herstellung einer Spannbetonschwelle für einen Weichenbereich bzw. für Weichen ausgebildet ist, und wobei das Bodenblech zumindest vier Sickenschalkörper oder vier Paare von Sickenschalkörpern trägt.
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Das Bodenblech kann auf einer nach außen von den Seitenwandungen entfernbaren Bodenplatte der Form angeordnet und hieran befestigt ist. Die Befestigung kann beispielsweise mittels Verschrauben erfolgt sein, so dass sich Bodenblech und Bodenplatte voreinander lösen lassen. Das Bodenblech und/oder die Bodenplatte können einstückig oder mehrstückig sein.
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Vorteilhafterweise ist die Bodenplatte mittels lösbarer Befestigungselemente, insbesondere Schrauben, an den Seitenwandungen fixiert und von den Seitenwandungen lösbar. Alternativ kann die Bodenplatte zumindest einen verschwenkbaren Querriegel, beispielsweise 2 bis 6 Querriegel, aufweisen, wobei die Bodenplatte in einer Fixierposition des Querriegels an den Seitenwandungen fixiert ist und wobei die Bodenplatte in einer Löseposition des Querriegels von den Seitenwandungen gelöst und von den Seitenwandungen entfernbar ist. Jeder Querriegel kann dabei eine mittige Schwenkachse aufweisen, welche wiederum mittig der Bodenplatte, in Querrichtung zu deren Längserstreckung betrachtet angelenkt ist. Bei mehrstückiger Bodenplatte trägt jede Teilbodenplatte jeweils zumindest einen Querriegel. Im Bereich der Seitenwandungen sind dann Formschlussausnehmungen, in welche die Enden der Querriegel beim Verschwenken in die Fixierposition eingreifen. In der Löseposition sind dann die Querriegel frei von den Formschlussausnehmungen. Zur gemeinsamen Betätigung aller Querriegel kann eine Betätigungsstange vorgesehen sein, welche alle Querriegel übergreifend angeordnet ist und um vertikal zur Bodenplatte verschwenkbare Drehachsen auf allen Querriegeln im Bereich zwischen Schwenkachse eines Querriegels und dessen Ende angelenkt ist. Mit einer solchen Anordnung werden alle Querriegel stets in zueinander paralleler Ausrichtung fixiert und sind durch Betätigung der Betätigungsstange synchron zwischen der Fixierposition und der Löseposition hin und her bewegbar.
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Die vorstehenden Ausführungsformen sind analog einsetzbar, wenn ein Bodenblech bzw. eine Bodenplatte vorgesehen sind, also bei Verbund beider Bauelemente zum Einsatz kommt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Form zur Herstellung einer Spannbetonschwelle, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit Seitenwandungen, mit einem Bodenblech, mit zumindest einem auf dem Bodenblech forminnenseitig angebrachten oder ausgeformten Sickenschalkörper, wobei das Bodenblech mit Sickenschalkörper von den Seitenwandungen, nach außen abnehmbar ist, mit einer Drehvorrichtung zur Drehung der Form um die Längsachse der Form.
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Bevorzugt ist die Form in einer Ausführungsform zur Herstellung von Spannbetonschwelle für einen Weichenbereich bzw. für Weichen, wobei das Bodenblech zumindest vier Sickenschalkörper oder vier Paare von Sickenschalkörpern trägt.
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Die vorstehend im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf die Bodenplatte bzw. Bodenblech angebrachten Erläuterungen gelten analog auch für die erfindungsgemäße Form.
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Weiterhin bevorzugt ist es, wenn die Bodenplatte im Bereich eines Sickenschalkörpers einen Dübelhalter aufweist. Diese erlauben es, in die Spannbetonschwelle einzubauende Dübel während des vorstehend beschriebenen Verfahrens zu halten, so dass diese Dübel in der dann hergestellten fertigen Spannbetonschwelle eingebettet sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: Eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Form
- 2: Querschnitte verschiedender Ausführungsformen des Gegenstandes der 1 im dortigen Schnitt C-C, einmal mit Schraubverbindung der Bodenplatte (2a), einmal mit Querriegel (2b)
- 3: Den Gegenstand der 2b in Aufsicht auf die Bodenplatte in Unteransicht (3a), im Längsquerschnitt (3b)und in Aufsicht auf der Innenseite der Form (3c),
- 4: Eine Weiterbildung des Gegenstandes der 3 in zwei Positionen (4a und 4 b),
- 5: Detailansichten A (5a) und B (5b) des Gegenstandes der 1, und
- 6: Eine schematische Darstellung der Bewegungen einer Spannbetonschwelle in der Form beim Umspannen bzw. Lösen, beim Stand der Technik
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In den 1 bis 5 ist eine erfindungsgemäße Form 2 schematisch dargestellt. Einer vergleichenden Betrachtung insbesondere der 1, 2 und 5 entnimmt man, dass die Form 2 Seitenwandungen 6, ein auf einer Bodenplatte 7a angebrachtes Bodenblech 7, und mehrere auf dem Bodenblech 7 forminnenseitig angebrachten Sickenschalkörper 8 aufweist. Das Bodenblech 7 bzw. die Bodenplatte 7a weist im Bereich eines Sickenschalkörpers 8 einen Dübelhalter 7d auf. Das Bodenblech 7 ist mit den Sickenschalkörpern 8 von den Seitenwandungen 6, nach außen abnehmbar, was insbesondere in der 2 ersichtlich ist. In der 1 ist schließlich sehr schematisch einer Drehvorrichtung 11 zur Drehung der Form 2 um die Längsachse der Form 2 dargestellt.
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Der 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass die dargestellte Ausführungsform zur Herstellung von Spannbetonschwellen (1) für einen Weichenbereich bzw. für Weichen eingesetzt ist, wobei das Bodenblech 7 jeder Form 2 vier Paare von Sickenschalkörpern 8 trägt.
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In der 2a ist eine erste Variante der Erfindung dargestellt, wobei die Bodenplatte 7a mittels lösbarer Befestigungselemente 7b, insbesondere Schrauben, an den Seitenwandungen 6 fixiert und von den Seitenwandungen 6 lösbar ist.
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Dir 2b zeigt eine hierzu alternative Variante, wobei die Bodenplatte 7a mehrere verschwenkbare Querriegel 7c aufweist, wobei die Bodenplatte 7a in einer Fixierposition der Querriegel 7c an den Seitenwandungen 6 fixiert ist und wobei die Bodenplatte 7a in einer Löseposition der Querriegels 7c von den Seitenwandungen 6 gelöst und von den Seitenwandungen 6 entfernbar ist. Dabei werden die beiden genannten Positionen insbesondere in den 3 und 4 deutlich. In der 3a befinden sich die zwei linken Querriegel 7c in der Fixierposition, während der rechte Querriegel 7c sich in der Löseposition befindet. Entsprechend zeigt 4a die Querriegel 7c in Fixierposition und 4b in Löseposition. Während in der Ausführungsform der 3 die Querriegel 7c einzeln verschwenkbare sind, sind die Querriegel in der 4 über zwei Betätigungsstangen 12 miteinander verbunden, so dass alle Querriegel 7c synchron zwischen ihrer Fixierposition und Löseposition verschenkt werden können. Mittel geeigneter Antriebe an den Betätigungsstangen 12 kann einfach eine Automatisierung erfolgen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird mit einer solchen Vorrichtung dann wie folgt durchgeführt. Die Form 2 wird mit angebrachter Bodenplatte 7a und darauf angebrachtem Bodenblech 7 mit Sickenschalkörpern 8 und Dübelhalter 7d mittels der Drehvorrichtung 11 in eine Position gebracht, in welcher die Bodenplatte unten und im Wesentlichen waagerecht ausgerichtet ist. In der Form 2 werden dann die Bewehrungsstäbe 3 positioniert. Durch mit den positionierten Bewehrungsstäben 3 fluchtende Spannöffnungen 9 in der Form 2 wird jeder Bewehrungsstab 3 mittels Spannelementen 10 mit einer definierten Zugspannung vorgespannt. Sodann wird in die Form 2 Beton eingefüllt und erhärtet. Die Form 2 wird dann mittels der Drehvorrichtung 11 zunächst um die Längsachse der Form 2 gedreht, typischerweise um ca. 180°. Danach wird das Bodenblech 7 mit Sickenschalkörpern 8 mitsamt der Bodenplatte 7a von den Seitenwandungen 6 gelöst und abgenommen. Anschließend werden die Spannelemente 10 gelöst und ggf. entfernt und die so erhaltene Spannbetonschwelle 1 wird aus den Seitenwandungen 6 ausgeschalt oder ausgeschlagen.
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Der 6 ist schließlich die der Erfindung zugrunde liegende Problematik entnehmbar, welche sich bei Stand der Technik ergibt. Die gepunktete Line zeigt eine Spannbetonschwelle 1 im in der Form verspannten Zustand, also nach dem Erhärten des Betons, aber vor dem Lösen der Spannelemente 10. Die durchgezogene Linie zeigt dieselbe Spannbetonschwelle 1 nach dem Lösen der Spannelemente. Man erkennt, dass die Spannbetonschwelle 1 im Zuge des Lösens in der Form 2 aufgestiegen ist, was dem Umstand geschuldet ist, dass die Länge sich beim Lösen um einige Millimeter reduziert, in Verbindung mit der Geometrie der Zusammenhänge in den Bereichen insbesondere der äußeren Sickenschalkörper 8. Im Bereich C entsteht eine Schiebebewegung mit vertikaler Komponente. Die dadurch entstehende Druckbelastung kann zu Sickenrissen B führen. Wegen der Geometrie der Zusammenhänge erfolgt auch im Bereich der Spannelemente 10 eine Verschiebung, welche aufgrund der vertikal unbeweglichen Spannelemente 10 die Spannbetonschwelle 1 einerseits mit einer Zusatzkraft zu der eigenen Gewichtskraft beaufschlagt und andererseits das Risiko von Kopfrissen A erhöht. Eben diese kinematischen Prozesse werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch vermieden, dass die Sickenschalkörper 8 vor dem Lösen der Spannelemente 10 entfernt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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