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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Veränderung elastischer Eigenschaften eines Gleisabschnitts, umfassend ein über zumindest eine Zwischenlage auf einer Abstützung abgestütztes starres Herzstück einer Bauhöhe H, dessen Fahrfläche zur Oberseite der Abstützung bei unbelastetem Herzstück einen Abstand x aufweist, wobei das starre Herzstück Herzstückspitze und seitlich entlang dieser verlaufende Flügelschienen aufweist, die untereinander über Verbindungselemente derart verbunden sind, dass eine Relativbewegung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung unterbunden oder im Wesentlichen unterbunden ist. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf einen Gleisabschnitt umfassend eine Abstützung, wie Schwelle oder Rippenplatte, und ein starres Herzstück mit Herzstückspitze und seitlich entlang dieser verlaufenden Flügelschienen, die untereinander über Verbindungsmittel derart verbunden sind, dass eine Relativbewegung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung unterbunden oder im Wesentlichen unterbunden ist, wobei das Herzstück einen Fußabschnitt aufweist, der auf zumindest einem zwischen dem Fußabschnitt und der Abstützung angeordneten elastischen Element abgestützt ist.
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Um einen Gleisabschnitt elastisch zu lagern, ist es bekannt, zwischen einer Schienenbefestigung wie Rippenplatte und einem Gleisabschnitt eine elastische Zwischenlage anzuordnen. Dabei kann nach der
EP 0 666 938 B1 die Lagerung als Federsystem mit einer Gesamtkennlinie mit geknicktem Verlauf ausgebildet sein.
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Um eine kontinuierliche elastische Lagerung von Straßenbahnschienen zu ermöglichen, ist nach der
DE 20 2009 001 787 U1 am Schienenfuß eine elastische Lage montierbar, die unterschiedliche Elastizitäten entlang der Schienenverlaufsrichtung aufweist.
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Nach der
EP 0 546 363 B1 ist eine Rippenplatte auf einer elastischen Zwischenlage abgestützt, deren Federsteifigkeit derart aufstandskraftabhängig veränderbar ist, dass die Gesamtauflagefläche der Zwischenlage mit zunehmenden Winkel α ausgehend von der Mittelachse eines Schienenabschnitts kontinuierlich zunimmt.
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Ein Gleitstuhl nach der
DD 297 475 A5 weist Gleitteile aus Kunststoff auf, die in Ausnehmungen des Gleitstuhls angeordnet sind.
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Aus der
DE 37 08 233 A1 ist ein Herzstück für Weichen bekannt. Die Herzstückspitze ist relativ zu den Schienen und senkrecht zu den Laufflächen bewegbar, um einen kontrolliert ausgeprägten Übergabebereich auszubilden.
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Ein federbewegliches Herzstück ist der
EP 548 734 A1 zu entnehmen, wobei ein Herzstückblock über eine Gleitplatte auf einer elastischen Zwischenlage abgestützt ist.
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Starre Herzstücke, bei denen die Herzstückspitze nicht zu den dieser zugeordneten Flügelschienen seitenverstellbar, sondern insbesondere über Futterstücke mit diesen verbunden ist, sind üblicherweise über eine Zwischenlage auf einer Abstützung wie Schwelle oder Rippenplatte abgestützt. Entsprechende Konstruktionen zeigen den Nachteil, dass beim Herzstücküberlauf, also im Radüberlauf von Flügelschiene zur Herzstückspitze, starke Belastungen auftreten, die erhebliche Oberflächen-beschädigungen hervorrufen können. Um dies zu reduzieren, könnten unterhalb des Herzstücks elastische Elemente angeordnet werden. Hierdurch bedingt würde sich jedoch die Höhe des Herzstücks im Gleis ändern mit der Folge, dass erhebliche Austauscharbeiten wie Stopfen der Weiche zur Höhenanpassung der umgebenden Bereiche um das Herzstück erforderlich wären. Dies bedeutet, dass eine unmittelbare Austauschbarkeit des Herzstücks für einen bestehenden Schwellensatz nicht möglich wäre.
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Der
EP 0 282 796 A1 ist ein Herzstück zu entnehmen, dessen Herzstückspitze sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zu den seitlich entlang der Herzstückspitze verlaufenden Flügelschienen verstellbar ist. Hierzu übt die Herzstückspitze die Funktion eines eingespannten Biegestabes aus. Sowohl die Herzstückspitze als auch die Flügelschienen können auf elastischen Unterlagen abgestützt werden, um eine relative Verstellbarkeit durch Absenken bzw. Anheben der Flügelschienen zu der Herzstückspitze zu gewährleisten oder umgekehrt.
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Der
EP 0 920 554 B1 ist Herzstück für Weichen und Kreuzungen zu entnehmen. Das Herzstück wird über elastische Spannklemmen vertikal elastisch gehalten. Eine horizontale Verschiebbarkeit wird durch die Rippen der das Herzstück aufnehmenden Rippenplatte unterbunden.
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Gegenstand der
EP 0 548 734 A1 ist ein beweglicher Oberbaugleisabschnitt, insbesondere Herzstückblock eines federbeweglichen Herzstücks. Dabei erfolgt eine Abstützung über eine Unterlage mit lastabhängiger Federsteifigkeit.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die elastischen Eigenschaften eines ein Herzstück umfassenden Gleisanteils problemlos geändert werden können, ohne dass zusätzliche Arbeiten am Gleis, insbesondere ein Stopfen der Weiche für eine etwaige Höhenanpassung erforderlich ist. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, einen ein Herzstück aufweisenden Gleisabschnitt derart weiterzubilden, dass die Belastungen im Übergangsbereich zwischen Flügelschiene und Herzstückspitze reduziert und somit Oberflächenbeschädigungen weitgehend vermieden bzw. reduziert werden.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weitergebildet, dass das starre Herzstück durch ein zweites starres Herzstück gleicher Bauhöhe H mit einer Aussparung in der Unterseite des Herzstücks und die Zwischenlage durch ein sich bereichsweise in der Aussparung erstreckendes elastisches Element ausgetauscht werden, dessen Elastizität und Dicke derart festgelegt werden, dass der Abstand x bei unbelastetem Herzstück unverändert bleibt.
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Ein Gleisabschnitt der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das elastische Element eine Federkennlinie aufweist und sich bereichsweise in zumindest einer Aussparung des Fußabschnitts oder sowohl der Abstützung als auch des Fußabschnitts erstreckt und eine Dicke und Elastizität derart aufweist, dass bei unbelastetem Herzstück Oberfläche der Abstützung und Fahrfläche des Herzstücks einen Abstand x aufweisen, der einem Abstand zwischen Fahrfläche und Abstützung eines starren Herzstücks entspricht, das auf einer Zwischenlage abgestützt ist, dessen Dicke geringer als die des elastischen Elements ist.
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Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, dass nur in dem Fußabschnitt oder sowohl in dem Fußabschnitt als auch in der Abstützung zumindest eine Aussparung vorgesehen ist, von der das elastische Element ausgeht.
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Erfindungsgemäß wird eine Herzstückkonstruktion vorgeschlagen, bei der eine elastische Lagerung in das Herzstück integriert wird, ohne dass die Bauhöhe des Herzstücks verändert wird. Das unmittelbar in das Herzstück integrierte elastische Element kann somit eine größere Dicke als die vorhandene Zwischenlage aufweisen, wodurch eine größere Einsenkung möglich wird und somit der stoßartige Übergang zwischen Flügelschiene und Herzstückspitze vermieden bzw. stark reduziert wird, der zu Oberflächenschädigungen führen kann.
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Ungeachtet der größeren Dicke des elastischen Elementes wird die Bauhöhe des starren Herzstücks nicht verändert, da sich das elastische Element vorzugsweise innerhalb bzw. teilweise innerhalb des Herzstücks - ausgehend von dessen Unterseite - erstreckt. Das elastische Element kann jedoch auch bereichsweise in der Abstützung wie Rippenplatte, und zwar vorzugsweise ausgehend von der dem Herzstück zugewandten Fläche verlaufen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, sowohl in der Unterseite des Herzstücks als in der zugewandten Oberseite der Abstützung eine oder mehrere vorzugsweise ineinander übergehende Aussparungen vorzusehen, in denen das elastische Element bzw. Abschnitte von diesem angeordnet sind. Die gesamte Elastizität des elastischen Elementes bzw. von dessen Abschnitten ist dabei derart gewählt, dass das unbelastete Herzstück durch das elastische Element zu der Abstützung so beabstandet ist, wie dies bei herkömmlichen Konstruktionen mit den üblichen Unterlagen zwischen Herzstück und Abstützung der Fall ist. Somit bedarf es Änderungen weder an der Befestigung noch Arbeiten an den das Herzstück umgebenden Bereichen. Vielmehr ist eine unmittelbare Austauschbarkeit eines erfindungsgemäß weitergebildeten Herzstücks mit einem unmittelbar auf einer im Wesentlichen steifen Unterlage abgestützten Herzstücks möglich.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre bleiben Bauhöhe und Befestigungselemente zur Unterlage wie Schwelle oder Rippenplatte unverändert. Somit ist bei Herzstücken auf Rippenplatten oder bei Herzstücken-Direktauflage (W-Befestigung) eine absolute Austauschbarkeit bei vorhandenen Anordnungen wie Schwellensätzen gesichert.
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Erfindungsgemäße Herzstücke mit integrierter Elastizität können unabhängig von den verwendeten Herzstückmaterialien wie C-Stahl (HSH), Bainit oder Manganstahl in Gussausführung gebaut werden. Es ergeben sich im Gleis deutliche Verlängerungen der Liegezeiten, so dass etwaiger zusätzlicher Herstellungsaufwand aufgrund der Ausbildung der Ausnehmungen an der Unterseite des Herzstücks kompensiert wird.
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Erfindungsgemäß weist das Herzstück quasi eine Eigenelastizität dadurch auf, dass in das Herzstück zumindest ein elastisches Element eingebaut ist, das sich innerhalb des Herzstücks und über dessen Fußunterseite hinaus erstreckt. Dabei ist das elastische Element, das sich aus Abschnitten zusammensetzen kann, in Aussparungen wie Taschen einsetzbar, die innerhalb des Fußbereichs verlaufen sollten.
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Besteht die Möglichkeit, das elastische Element sowohl bereichsweise innerhalb der Unterseite des Herzstücks als auch bereichsweise in der unterhalb des Herzstücks verlaufenden Abstützung anzuordnen, um eine Elastizität zur Verfügung zu stellen, die den stoßartigen Übergang zwischen Flügelschiene und Herzstückspitze vermeidet bzw. reduziert, so ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das elastische Element ausschließlich bereichsweise innerhalb des Herzstücks verläuft, ohne dass Veränderungen an der Abstützung erfolgen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als elastisches Element ein solches verwendet wird, das sich in Längsrichtung des Herzstücks erstreckt und eine sich in der Längsrichtung ändernde Federsteifigkeit derart aufweist, dass im Übergangsbereich zwischen Herzstückspitze und Flügelschiene die Absenkung des elastischen Elements größer als in angrenzenden Bereichen ist.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist eine größere Einsenkung des Herzstückes im Vergleich zu denjenigen mit üblichen Zwischenlagen erreichbar. Im Vergleich zu einer Zwischenlage ist eine größere Bauhöhe des elastischen Elements wie Elastomers und damit eine größere Einsenkung gegeben, ohne dass der Einbau des Herzstücks selbst verändert wird.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Herzstücks mit Federkennlinie eines elastischen Einsatzes,
- 2 eine erste Ausführungsform eines im Schnitt dargestellten Herzstücks,
- 3 eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels und
- 4 eine Ausführungsform eines im Schnitt dargestellten Herzstücks, die nicht unter die Erfindung fällt.
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In den 2 bis 4, in denen für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden, sind Querschnittdarstellungen eines starren Herzstückes 10, 10', 100 dargestellt, und zwar vor dem Herzstücküberlauf, also dem Bereich, in dem ein Rad eines Schienenfahrzeugs die Lücke zwischen einer Herzstückspitze 16 und Flügelschienen 12, 14 des Herzstücks 10, 100 durchfährt.
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Bei den starren Herzstücken 10, 10', 100 ist die Herzstückspitze 16 über Futterstücke 18, 20 oder gleichwirkenden Elementen gegenüber den Flügelschienen 12, 14 abgestützt. Gleichzeitig sind die Flügelschienen 12, 14, die Futterstücke 18, 20 und Herzstückspitze 16 von einer Schraube durchsetzt. Durch diese konstruktiven Maßnahmen soll sichergestellt werden, dass eine seitliche Verstellbarkeit der Herzstückspitze zu den Flügelschienen unterbleibt. Gleichzeitig soll sichergestellt werden, dass eine Relativbewegung zwischen Herzstückspitze senkrecht zur Fahrfläche des Herzstücks unterbunden oder im Wesentlichen unterbunden wird. Es findet sich folglich eine prinzipielle Konstruktion, wie diese der WO-A-94/02683 zu entnehmen ist. Das Herzstück 10, 10', 100 kann sodann in üblicher Weise über Spannklemmen 25, 27 unmittelbar mit einer Abstützung wie Betonschwelle 24 oder einer Rippenplatte 26 verbunden werden.
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Bei starren Herzstücken nach dem Stand der Technik verläuft zwischen der Oberseite der Abstützung wie der Betonschwelle 24 und der Rippenplatte 26 eine Zwischenlage, die eine Dicke von z. B. 6 mm aufweisen kann. Die Zwischenlage erstreckt sich unterhalb der Füße 17, 19 der Flügelschienen 12, 14 und des Fußbereichs der Herzstückspitze 16. Bei der Zwischenlage handelt es sich üblicherweise um ein aus Kunststoff bestehendes Element, das dem Grunde nach starr ist, jedoch - wie jedes Material - eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist. Daher kann im weitesten Sinne eine entsprechende Zwischenlage auch als elastisches Element bezeichnet werden. Aufgrund der großen Steifigkeit entsprechender Unterlagen treten stoßartige Belastungen im Übergangsbereich zwischen Flügelschiene und Herzstückspitze in einem Umfang auf, die zu Oberflächenbeschädigungen führen können.
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Um erfindungsgemäß Herzstücke 10, 10', 100 im gewünschten Umfang elastisch zu lagern, um also den stoßartigen Radüberlauf von Flügelschiene 12, 14 zur Herzstückspitze 16 zu vermeiden, ohne dass die Bauhöhe des Herzstücks 10, 10', 100 verändert wird, ist erfindungsgemäß nach dem Ausführungsbeispiel der 2 vorgesehen, dass in der Unterseite des Herzstücks 10, also im Ausführungsbeispiel in den Unterseiten der Flügelschiene 12, 14 eine Aussparung 28 eingearbeitet ist, in die ein elastisches Element 30 eingebracht ist, und die Elastizität derart gewählt ist, dass bei unbelastetem Herzstück 10 der Abstand x zwischen Oberseite 32, 34 der Abstützung, also im Ausführungsbeispiel der Betonschwelle 24 oder der Rippenplatte 26 zur Fahrfläche 36, 38 der Flügelschiene 12, 14 bzw. deren Scheitelpunkt im Vergleich zu einer Herzstückkonstruktion unverändert bleibt, bei dem das Herzstück auf einer Zwischenlage angeordnet ist. Somit weist das Herzstück 10 eine Bauhöhe H auf, die üblicher Konstruktion entspricht. Da sowohl die Bauhöhe H des Herzstücks 10 als auch der Abstand zwischen der Oberseite 32, 34 und den Fahrflächen 36, 38, also der Abstand x unverändert bleibt, kann problemlos ein übliches dem Grunde nach nicht elastisch gelagertes Herzstück durch ein erfindungsgemäßes Herzstück 10 ausgetauscht werden.
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Wie sich aus der Prinzipdarstellung der 2 ergibt, verläuft die Unterseite 33 der Herzstückspitze 16 in gleicher Höhe wie die bodenseitige Begrenzung 13, 15 der Aussparung 28 in den Füßen 17, 19 der Flügelschienen 12, 14. Dabei ist das Herzstück 10 auf der Schwelle 24 bzw. der Rippenplatte 26 in gewohnter Weise über Spannklemmen 25, 27 gesichert, die sich auf den zugewandten Randabschnitten der Füße 17, 19 der Flügelschienen 12, 14 abstützen. In der zeichnerischen Darstellung der 2 - wie im Übrigen auch bei den Ausführungsbeispielen der 3 - verläuft die Aussparung 26 beabstandet zum jeweiligen Außenlängsrand des Fußabschnitts des Herzstücks 10.
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Die Herzstückspitze 10' des Ausführungsbeispiels der 3 unterscheidet sich von dem der 2 dahingehend, dass sich die Herzstückspitze 16 unterseitig bis zur Höhe der Unterseite der Füße 17, 19 der Flügelschienen 12, 14 erstreckt, wie dies bei üblichen Konstruktionen der Fall ist. Sowohl in den Füßen 17, 19 der Flügelschienen 12, 14 als auch in der Herzstückspitze 16 sind unterseitig Aussparungen 50, 52, 54 ausgebildet, in die jeweils ein elastisches Element 56, 58, 60 zur Erzielung der erfindungsgemäßen Elastizität eingesetzt ist, ohne dass die Bauhöhe des Herzstücks und der Abstand zwischen Oberseite der Abstützung 26 und Fahrfläche der Flügelschienen 12, 14 im Vergleich zu Konstruktionen, bei denen das Herzstück auf einer im Wesentlichen eigensteifen Unterlage aufliegt, geändert wird. Die Abschnitte 56, 58, 60 bilden somit das elastische Element, das mit dem Element 30 der 2 zu vergleichen ist.
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Das nicht unter die Erfindung fallende Ausführungsbeispiel der 4 unterscheidet sich von dem der 2 und 3 dahingehend, dass in der Abstützung des Herzstücks 100, also im Ausführungsbeispiel in der Rippenplatte 26 unterhalb des Herzstücks 100, eine Aussparung 128 vorgesehen ist, in die ein elastisches Element 130 eingebracht ist, das über der Oberseite 34 der
Rippenplatte 26 in einem Umfang vorsteht und eine Elastizität derart aufweist, dass bei auf dem elastischen Element 130 über die Spannklemmen 25, 27 fixierten, jedoch unbelasteten Herzstück 100 der Abstand zwischen der Oberseite 26 der Rippenplatte 26 und der Fahrfläche 36, 38 der Flügelschienen 12, 14 entsprechend üblicher Konstruktionen entspricht, bei denen ein Herzstück auf einer „steifen“ Zwischenlage angeordnet ist. Auch bei der diesbezüglichen Konstruktion wird die Bauhöhe H des Herzstücks 100 nicht verändert. Zur elastischen Lagerung des Herzstücks 100 ist es allein erforderlich, dass im Ausführungsbeispiel die Rippenplatte 26 ausgetauscht wird.
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Zeichnerisch ist nicht dargestellt, dass zur elastischen Lagerung eines Herzstücks sowohl in der Abstützung wie der Rippenplatte 26 als auch in der Unterseite des Herzstücks 100 jeweils eine Aussparung vorgesehen ist, wobei sich in den Aussparungen ein elastisches Element entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre erstreckt, das eine Dicke und Elastizität derart aufweist, dass der Abstand x zwischen Oberseite der Abstützung wie der Rippenplatte 26 und den Fahrflächen 36, 38 der Flügelschienen 12, 14 im Vergleich zu bekannten Konstruktionen nicht verändert wird. Maßnahmen am Gleis selbst sind somit nicht erforderlich, um das Herzstück im gewünschten Umfang elastisch zu lagern.
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Die Aussparung in der Abstützung wie der Rippenplatte 26 und die Aussparung in der Unterseite des Herzstücks 100 sollten derart einander zugeordnet sein, dass das elastische Element ausgehend von der Aussparung in der Abstützung sich bis in die Aussparung in der Unterseite des Herzstücks 100 erstreckt.
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Aus der 1 ergibt sich ein weiteres erfinderisches Merkmal dahingehend, dass das elastische Element 30, 130 in Längsrichtung des Herzstückes 10, 10', 100 in Bezug auf die Elastizität derart variiert, dass im Radüberlaufbereich, also im Übergang zwischen Flügelschiene 12, 14 und Herzstückspitze 16 die größte Einsenkung ermöglicht wird. Hierdurch erfolgt zusätzlich eine Schonung des Herzstückes 10, 10', 100.
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Die 1 stellt eine Seitenansicht des Herzstücks 10, 10', 100 dar. Man erkennt die Flügelschiene 14 sowie die Herzstückspitze 16 und einen endseitig von der Herzstückspitze 16 ausgehenden Schienenabschnitt wie Regelschienenabschnitt 114.
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Die Steifigkeit des elastischen Elementes sollte derart sein, dass am Anfang und am Ende des Herzstückes eine Steifigkeit zwischen 50 kN/mm und 70 kN/mm vorliegt. Im Übergangsbereich zwischen der Herzstückspitze 16 und den Flügelschienen 12, 14 sollte die Steifigkeit 5 kN/mm bis 20 kN/mm betragen.
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Als Materialien für das elastische Element kommen alle Elastomere, insbesondere Gummi und Polyurethan in Frage.
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Unabhängig hiervon sollte das elastische Element derart dimensioniert sein, dass bei unbelastetem Herzstück dieses zu der Oberfläche der Abstützung einen Abstand aufweist, der nach dem Stand der Technik durch die im Wesentlichen eigensteife Unterlage erreicht wird. Dieser Abstand liegt nach dem Stand der Technik bei in etwa 6 mm.
