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Gleisoberbau Die Erfindung betrifft einen Gleisoberbau, der zufolge
der Formgebung der zu verwendenden Eisenbahnschwellen und der Art der Befestigung
der Schienen an diesen vielfältige Nachteile der bekannten Arten des Gleisoberbaues
hinsichtlich der Lockerung der Schwellen in der Schotterbettung, der Lockerung der
Befestigung der Unterlagsplatten auf der Schwelle und der Beschädigung beispielsweise
von Holzschwellen an ihrer Oberseite zu vermeiden ermöglicht.
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Es sind zahlreiche verschiedene Formen von Eisenbahnschwellen bekannt,
deren Querschnitte den verschiedensten geometrischen Figuren entsprechen. So sind
bereits Schwellen mit vollkreisförmigem, halbkreis-, trog- und trapezförmigem sowie
dreieckigem und rechteckigem Querschnitt und Zwischenformen von diesen bekanntgeworden.
Hierbei lag -meist das Bestreben zugrunde, eine Querschnittsform zu schaffen, die
eine sichere unbewegliche Lagerung im Schotterbett gewährleisten und die weiteren
erwähnten Nachteile zu vermeiden ermöglichen soll, ohne daß dies bisher in ausreichendem
Maße gelungen ist.
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Auch zahlreiche verschiedene Befestigungsarten wurden mit teilweise
der gleichen Zielsetzung entwickelt, die ebenfalls diesem Zweck nicht gerecht wurden.
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Bei Befahren der Strecke werden die Schwellen durch das auf der Schiene
rollende Rad um ihre Längsachse in mehr oder weniger stark ausgeprägte Kippbewegungen
versetzt; diese resultieren aus der sie erzeugenden Kraft der Drehwinkeländerung
der Schiene im Befestigungsmittelpunkt auf der Unterlagsplatte.
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Die sich bei Überrollen eines jeden Rades wiederholenden Kippbewegungen
der Schwellen verursachen bei der fast ausschließlich verwendeten rechteckigen Querschnittsform
eine beträchtlicheZerstörungsarbeit gegenüber ihrer sie allseitig umschließenden
Schotterbettung; dadurch bilden sich Hohlräume um die unteren Längskanten der Schwellen
aus, so daß die Schwellen nach kurzer Zeit ihren zuverlässigen Sitz im gestopften
Schotterbett verlieren und nachgestopft werden müssen.
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Die dargestellten Tatsachen haben noch weitere schwerwiegende Nachteile
zur Folge. So werden die Schwellenschrauben, die die Unterplatten auf den Schwellen
festlegen, infolge der teilweisen Verhinderung der Kippbewegungen der Schwellen
durch die sich den Längsseiten der Schwellen entgegenstellende Schotterbettung großen
Zugbeanspruchungen ausgesetzt und früher oder später aus ihren Gewindelagern herausgerissen
und in ihrem Anzug stark gelockert. Auch graben sich die Unterlagsplatten, z. B.
bei Holzschwellen, wegen der andauernden, wechselseitigen, starken Kantenpressungen
recht bald in die Schwellenoberflächen ein und führen dort zu den bekannten schädlichen,
wasserhaltenden Vertiefungen unter den Unterlagsplatten.
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Es ergeben sich somit aus der, statisch gesehen, wenig günstigen Form
der rechteckigen Schwellen beträchtliche Nachteile für alle in Frage kommenden Teile
und ein erheblicher Verschleiß derselben. Man hat versucht, diese Nachteile dadurch
zu beheben, daß man, um den Sitz der Schwelle fester zu gestalten, die Schienenbefestigung
selbst so elastisch ausbildet, daß sie ein Großteil der Drehwinkeländerungen des
Schienenfußes aufzunehmen vermag, wobei jedoch die Befestigung, da sie im Idealfall
punktförmig wirken müßte, bedeutend an Seiten- und Längsfestigkeit verliert.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Gleisoberbau zu
schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß sich der Drehmittelpunkt der beschriebenen
Kippbewegung an der Unterseite des Schienenfußes in der Mitte der Schienenbefestigung
befindet, wurde gefunden, daß sich durch Ausbildung der Schwelle - im Querschnitt
gesehen - in Form eines um diesen Drehmittelpunkt gezogenen Teilkreises, beispielsweise
Halbkreises oder einer im wesentlichen teilkreisähnlichen Figur, bei nahezu starrer
Schienenbefestigung in jeder Hinsicht günstigere Verhältnisse ergeben. Hierbei kann
die Schiene als Durchlaufträger über unendlich vielen Stützen angesehen werden,
die wegen der statischen Bestimmtheit als bewegliche Auflager auszubilden sind.
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Es sind bereits Stahlschwellen halbkreisförmigen Querschnitts mit
besonderen Gestaltungsmerkmalen bekanntgeworden, die im Normalfall mit der konvexen
Seite. in die Bettung verlegt werden und bei
denen die Schienen
so befestigt sind, däß die Schienenfußunterkante annähernd durch den Krümmungsmittelpunkt
läuft. Nach diesem bekannten Vorschlag, der im wesentlichen dazu dienen soll, eine
Stahlschwelle mit der Vertikalelastizität von Holzschwellen zu- schaffen, können
die Schwellen jedoch unter Zuhilfenahme besonderer Befestigungsmittel auch umgekehrt
mit der konvexen Seite nach oben verlegt werden. Der bekannte Vorschlag vermochte
daher die Technik im Sinne des Erfindungsgedankens nicht zu befruchten.
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Der Gleisoberbau nach der Erfindung geht von der an sich. bekannten,
im wesentlichen halbkreisförmigen Schwellenform aus und zeichnet sich dadurch aus,
daß die Schwelle aus Holz, Stahl, Stahlbeton oder anderen Baustoffen mit ihrer konvexen
Seite nach unten in die Bettung so verlegt ist, daß sich der Scheitelpunkt ihres
Querschnitts an der tiefsten Stelle der Schwellenbettung befindet und daß die Schiene
im oder nahe dem Krümmungsmittelpunkt der Schwelle nahezu starr befestigt- ist.
Die. »nahezu starre« Befestigung der Schiene im Sinne der Erfindung bedeutet, daß
diese gegenüber der Schwelle keine Verdrehung in der lotrechten Schienenlängsebene
erfahren kann, jedoch eine- Verschiebung in Schienenlängsrichtung, z. B. infolge
der Schienendehnung, nicht ausgeschlossen werden soll.
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Durch diesen Gleisoberbau wird erreicht, daß die Schwelle bei der
geschilderten, infolge der nahezu starren Schienenbefestigung nicht zu verhindernden
zwangläufigen Kippbewegung, der alle Querschwellen bei Befahren unterliegen, wohl
eine Reibungskraft in ihrem ebenso geformten, halbkreisförmigen Schotterbett zu
überwinden, nicht aber eine Zerstörungsarbeit gegen die sie umhüllende Bettung zu
leisten hat. Sie behält. ihre allseitig anliegende Bettung und damit auch sets einen
einwandfreien Sitz. Da die Reibungskraft wesentlich geringer ist als die Kraft zur
Verdrängung des Schotterbettes, wird außerdem die Zugbeanspruchung der Schwellenschrauben
bedeutend geringer, so daß das Ausreißen aus den Gewinden und die Lockerung unterbleiben.
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Ferner ergibt sich, aus statischen Gesichtspunkten, durch die Halbkreisform
auch eine weit günstigere Kraftübertragung auf das Schotterbett, als bei Schwellen
in Rechteck-, Trapez- oder Dreieckform. Es bildet sich die bekannte sogenannte Druckzwiebel
aus, die sogar bei Bremskräften, die die normale vertikale Lastkraft in eine Schrägkraft
umwandeln, ihre Form in etwa beibehält.
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Die an sich ideale Teilkreisform ist durchaus nicht unbedingtes Erfordernis,
sondern sie kann je nach den Umständen in der Praxis auch zu elliptischen, parabolischen
oder anderen, dem Halbkreis ähnlichen zusammengesetzten Formen, z. B. der Korbbogenform,
abgewandelt werden, wenn es zur Vermeidung scharfer Abschlußkanten oder aus konstruktiven
Gründen erforderlich oder zweckmäßig ist. .
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Zur Erhöhung des Verschiebewiderstandes in der Längsrichtung der Schwellen
können unterseits Querrillen ausgespart oder Wülste aufgesetzt werden, so daß sich-
an den betreffenden Stellen ein formgleicher, jedoch entsprechend kleinerer bzw.
größerer Schwellenquerschnitt ergibt.
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Als Sonderausbildung des Doppel-Schwellenquerschnitts für den Schienenstoß
können zwei Schwellen mit Viertelkreis- oder ähnlicher Form zu einer Verbundschwelle
zusammengesetzt werden, deren Querschnitt der-idealen Halbkreisform oder einer anderen
der erwähnten, dieser. ähnlichen Formen gleichkommt. In Verbindung mit der nahezu
starren Befestigung der Schienen im oder nahezu im Krümmungsmittelpunkt der Schwelle
vermag diese ihrer Aufgabe, ein bewegliches Auflager zu bilden, voll gerecht zu
werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung und der durch sie zu erzielenden
technischen Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Zeichnungen,
in denen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben und in weiteren
Darstellungen dessen Wirkungen mit denen der meistverwendeten Schwellenform unter
entsprechenden Voraussetzungen im Vergleich gesetzt sind. In den Zeichnungen zeigen
die Fig. 1 bis 5 in schematischer und zwecks Verdeutlichung übertriebener Darstellung
die Wirkungen der Betriebsbeanspruchung auf den gesamten Gleisunterbau mit der üblichen
Schwellenform, und zwar im einzelnen Fig. 1 einen Teilausschnitt einer Strecke normaler
Bauweise mit Schwellen rechteckigen Profils in Ruhelage und im Betrieb unter der
Wirkung des rollenden Rades, die zur vorbeschriebenen Kippbewegung.der Schwellen
führt, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Schwelle rechteckigen Profils und den
sie umgebenden Teil des Schotterbetts, der in schematischer Darstellung die Wirkung
der Kippbewegungen der Schwelle auf das Schotterbett veranschaulicht, Fig.3 einen
weiteren Querschnitt durch eine Schwelle aus Holz oder anderem Material mit den
durch die Kantenpressung der Unterlagsplatten auf die Oberseite der Schwelle eingearbeiteten
Vertiefungen, Fig.4 die Druckverteilung im Schotterbett unter einer Schwelle rechteckigen
Profils bei statischer Belastung derselben und Fig. 5 dieselbe, jedoch unter der
dynamischen Wirkung einer Brems- bzw. Anzugskraft.
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Die Fig. 6 bis 14 zeigen verschiedene Ausführungs= formen des Gleisoberbaues
nach der Erfindung unter Verwendung halbkreisförmiger Schwellen, nämlich: Fig. 6
eine Schwelle mit dem idealen Teilkreisform-Querschnitt, Fig. 7 dieselbe in der
Längsansicht, gebrochen, Fig. 8 die gleiche Schwellengrundform, jedoch mit in Abständen
angeordneten zur Längsachse querverlaufenden Rillen, im Querschnitt, Fig. 9 dieselbe
in der Längsansicht, gebrochen, Fig. 10 die gleiche Schwellengrundform mit in Abständen
angeordneten, zur Längsachse querverlaufenden Wulsten, im Querschnitt, Fig. 11 dieselbe
in der Längsansicht, gebrochen, Fig. 12 dieselbe Schwellengrundform, mit im Mittelbereich
verjüngtem Querschnitt, in Längsansicht, Fig. 13 eine aus zwei annähernd viertelkreisförmigen
Schwellen bestehende, als Stoßschwelle ausgebildete Doppelschwelle, im Querschnitt
und Fig. 14 eine Schwelle mit grundsätzlich gleicher Formgebung, jedoch mit abgerundeten
Längskanten in Form eines Korbbogens, im Querschnitt.
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Die Fig. 15 bis 18 zeigen in analoger Darstellung wie bei den Fig.
1 bis 5 die Wirkungen der Betriebsbeanspruchung auf den mit den halbkreisförmigen
Schwellen versehenen Gleisoberbau, und zwar Fig. 15 einen Teilausschnitt einer mit
dem Oberbau nach der Erfindung versehenen Strecke in Ruhelage und im Betrieb unter
der Wirkung des rollenden Rades, die zur vorbeschriebenen Kippbewegung- der Schwellen
führt, Fig. 16 einen,-Querschnitt durch :eine. Schwelle-mit der idealen Teilkreisform
und, den-aie-:urrtg@benden
Teil des unter der Wirkung der Kippbewegungen
ausgearbeiteten Schotterbetts, Fig. 17 die Druckverteilung im Schotterbett unter
der halbkreisförmigen Schwelle bei statischer Belastung derselben und Fig. 1.8 dieselbe,
jedoch unter der dynamischen Wirkung einer Brems- oder Anzugskraft.
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Fig. 1 zeigt anschaulich, wie beim Befahren einer Strecke die Schienen
unter der Wirkung des rollenden Rades P zwischen den Schwellen sich durchbiegen
und die Schwellen demzufolge in eine Kipplage bringen. Es kann hier dahingestellt
bleiben, ob die Durchbiegung in der in der Figur gezeigten Darstellung erfolgt öder
sich jeweils übermehrere Schwellen erstreckt, da die tatsächliche Wirkung unabhängig
davon in gleicher Weise eintritt. Durch die Kippbewegungen der Schwellen mit dem
üblichen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt wird das Schotterbett entsprechend
der in Fig.2 gezeigten Weise, besonders im Bereich der unteren Längskanten, ausgearbeitet.
Die Pfeilrichtung deutet die Druckwirkung auf die Schiwelle beim Überfahren derselben
an. Diese Figur zeigt den Fall der absolut kraftschlüssigen Verbindung der Schiene
mit der Schwelle, wobei die Kippbewegung der Schwelle ein Maximum erreicht; Figur
3 hingegen den Fall einer völlig elastisch ausgebildeten Befestigung zwischen Schiene
und Schwelle, wobei nur die Unterlagsplatte allein den wechselseitigen Kantenpressungen
der Schiene unterworfen wird.
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Aus den Fig. 4 und 5 ergibt sich ferner die ungünstige Druckverteilung
auf das Schotterbett bei Einwirkung der Last P oder von Brems- bzw. Anzugskräften
B. Die in der Praxis auftretenden Kippbewegungen ordnen sich bei den heutigen, nicht
absolut kraftschlüssigen Schienenbefestigungen zwischen den beiden Extremfällen
der Fig. 2 und 3 ein, so daß infolgedessen beide vorbezeichneten schädlichen Auswirkungen
eintreten Alle diese Nachteile mit ihren Folgeerscheinungen werden nun durch den
Oberbau nach der Erfindung unter Verwendung der in den Fig. 6 bis 14 in beispielsweisen
Ausführungsformen gezeigten Querschnittsformen von Schwellen beseitigt, da bei entsprechender
Lagerung im Schotterbett die Kippbewegungen sich weder auf das Schotterbett noch
auf die Schwelle selbst oder die Befestigungsmittel auszuwirken vermögen.
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Im Idealfalle erhält die Schwelle 100 einen teilkreisförmigen, in
der Größe nahezu halbkreisförmigen Querschnitt mit dem Krümmungsradius r, der über
ihre ganze Länge gleichbleiben kann. Die mittlere Partie 101 der Schwellenoberseite
ist zur Befestigung der Unterlagsplatten 102 und des nicht gezeigten Schienenfußes
horizontal verlaufend ausgebildet; von ihr aus fallen die Flanken 103, 103' nach
beiden Rändern hin schwach geneigt ab.
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Um Schubkräfte in Längsrichtung der Schwelle aufnehmen zu können,
sieht eine abgeänderte Ausführungsform (Fig. 8 und 9) querverlaufende Rillen 104
vor, innerhalb deren die Schwelle die gleiche Querschnittsform mit dem Krümmungsradius
ri in geringerer Größe behält. Eine weitere Ausführungsform (Fig. 10 und 11) sieht
statt dessen wulstartig um den Schwellenumfang verlaufende Querrippen 105 vor, innerhalb
deren die Schwelle die gleiche Querschnittsform, jedoch vergrößert, mit dem Krümmungsradius
r, behält, um die angestrebte Wirkung, d. h. die Beweglichkeit der Schwelle im Schotterbett,
zu gewährleisten. Sämtliche beschriebenen Ausführungsformen können, z. B. bei Ausführungen
in Stahlbeton, noch entsprechend der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform im Mittelbereich
106 ihrer Länge in bekannter Weise verjüngt sein, um zu erreichen, daß die Schwelle
an ihren beiden Enden fest aufliegt und das sogenannte »Reiten« vermieden wird.
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Im Gegensatz zu der üblichen Art der Befestigung von Schienen an Stoßstellen
auf zwei normalen zusammengekoppelten Schwellen schlägt die Erfindung hierfür eine
Sonderlösung (Fig. 13) vor in Form von zwei im Querschnitt im wesentlichen viertelkreisförmigen
Schwellen 107, 107', die mittels Zuganker 108
und einer gemeinsamen
Stoßplatte 109 zu einer annähernd halbkreisförmigen Doppelschwelle verbünden werden.
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Die Erfindung ist nicht streng an die an sich ideale Halbkreis- bzw.
Teilkreisform gebunden. Statt dessen können auch (Fig.14) Formen von der Art eines
Korbbogens mit abgerundeten Längskanten der Teilkreisform sowie elliptische, parabolische
oder andere dem Halbkreis ähnliche Formen angewendet werden.
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Die Fig. 15 bis 18 zeigen den durch den Oberbau nach der Erfindung
mit der halbkreisförmigen Querschnittsform der Schwelle zu erzielenden technischen
Erfolg. Insbesondere zeigt Fig. 15, daß auch bei Kipplage der Schwellen der Scheitelpunkt
ihrer Rundung immer in der gleichen Höhe und somit auch unverändert im Sehotterbett
verbleibt. Aus Fig. 16 ergibt sich, daß die Schwelle in der Tat als bewegliches
Auflager eines Durchlaufträgers angesehen werden kann. Im Gegensatz zu der Druckverteilung
gegenüber dem Schotterbett bei rechteckigen oder auch trapezförmigen Schwellen (Fig.
4 und 5) zeigt die Fig. 17 anschaulich, daß die halbkreisförmige Schwelle zu einer
wesentlich günstigeren Druckverteilung gegenüber dem Schotterbett führt, die auch,
wie in Fig.18 dargestellt, bei auftretenden Brems- bzw. Anzugskräften erhalten bleibt.
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Die mit der Erfindung zu erzielenden Vorteile erstrecken sich zusätzlich
auch noch auf die Arbeitsweise bei der Neubelegung von Strecken mit den halbkreisförmigen
Schwellen insofern, als es möglich ist, unter bedeutender Arbeits- und Zeitersparnis
das Schotterbett mittels eines Rüttelkörpers von annähernd der Form der Schwelle
maschinell vorzubereiten, so daß es alsdann nur erforderlich ist, die Schwelle in
die durch den Rüttelkörper vorbereiteten Mulden einzulegen.