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Elastisches Element zur Lagerung von Schienen oder Gleisschwellen
Die Erfindung betrifft ein elastisches Element zur Lagerung von Schienen oder Gleisschwellen.
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Es sind Vorschläge und Ausführungen elastischer Lagerungen von Schienenfahrzeug-Gleisen
auf Gummi oder Gummielementen bekannt, die anstelle des bisher üblichen Schotterbettes
verwendet werden können. Das Schotterbett hat die Aufgabe, den Schienen beim Überfahren
durch einen Zug die zur Aufnahme der dynamischen Stöße erforderliche Elastizität
zu geben und damit Schienenmaterial sowie Fahrzeug zu schonen. Es soll ferner eine
Dämpfung der Stöße und Geräusche bewirken. Nachteile des bisher üblichen Schotterbettes
bestehen darin, daß große Materialmengen bei Anlage des Oberbaues herbeigeschafft
werden müssen und daß es nicht wartungsfrei ist. Die einzelnen Steine verschieben
sich zueinander, sie werden durch Ül- und Schmutzeinflüsse in ihrer Elastizität
beeinträchtigt und setzen sich. Ein Nachstopfen ist daher in reselmßigen Abständen
erforderlich. Da außerdem die Höhe des Schotterbettes 30 bis 50 cm beträgt, muß
bei der Verlegung von Gleisen in einem Tunnel eine größere Tunnelhöhe gewählt werden
und es entstehen höhere Herstellungskosten. Dies taucht sich besonders häufig bei
der Neuanlage von U-Bahnen sowie beim Bau von Eisenbahnbrücken, bei denen die
Durchfahrthöhe
verringert wird, bemerkbar.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, anstelle des
bisherigen Oberbaues Betonplatten zu verlegen, auf denen Schienen oder Schwellen
befestigt werden. Zwischen Schwelle und darunterliegender Betonplatte sind nach
diesem Vorschlag Gummiplatten anzubringen. Sie sollen die Federung des Schotterbettes
ersetzen. Derartige Gummiteile sind beim Einsatz einer geeigneten Gummimischung
wartungsfrei und besitzen eine hohe Lebensdauer. Die erwartete Geräuschdämpfung,
besonders wenn sie in Tunnels angebracht werden, tritt jedoch nicht ein. Diese Gummiplatten
dürfen nur eine geringe Gummihöhe besitzen, um unzulässige hohe Druckverformungen
des Gummis zu vermeiden.
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Sie sind daher sehr hart, ergeben nicht die gewünschte Federung und
bringen keine Geräuschdämpfung.
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Es ist ferner bekannt, Gummiplatten von 6 bis 8 mm Stärke zwischen
Schiene und Schwelle anzubringen. Auch diese sind weder in der Lage, zu federn,
noch eine Geräuschdämpfung zu bringen.
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Sie gleichen lediglich die Unebenheiten der Betonschwellen gegenüber
der Schienenunterseite aus.
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Es ist außerdem bekannt, unter den Schwellen druckbeanspruchte Gummi-Metall-Elemente
anzubringen, bei denen der Gummi durch einvulkanisierte Zwischenplatten unterteilt
wird, so daß eine Querdehnung des Gummis verhindert wird. Trotz wesentlich größerer
Gesamthöhe dieser Gummi-Metall-Elemente kann bei dieser Konstruktion die erforderliche
hohe spezifische Belastung zugelassen
werden. Man erhält; durch
die größere Höhe die gewünschte Federkonstante und damit eine ausreichende Linfederung
bei Druckbelastung. Die Elemente haben aber den Nachteil, in horizontaler Richtung
sehr weich zu sein und deshalb den Anlaufkräften des Spurkranzes, insbesondere bei
Kurvenfahrt, nicht den nötigen Widerstand entgegensetzen zu können. Vor allem aber
bringen sie nicht die gewünschte Geräuschdämpfung, weil die Schallwellen, die als
Druckwellen auftreten, durch den druckbeanspruchten, sehr stark eingespannten Gummi
fast ohne Geräuschdämmung hindurchgehen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine elastisches Element
zur Lagerung von Schienen oder Gleisschwellenku schaffen, das die gewünschte, der
Bettungsziffer des Schotterbettes oder dem Bedarfsfall angepaßte Federkonstante
aufweist, das jedoch gleichzeitig die Geräusche dämmt und auftretende Seiten- oder,
sofern erforderlich, Längskräfte aufnimmt, das also gleichzeitig die Schwelle in
der horizontalen Richtung führt.
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Sie sieht dazu ein elastisches Element vor, bei dem zwischen mehreren
hochkant stehenden, prallel angeordneten, ebenen Blech- oder Metallplatten Gummikörper
einvulkanisiert sind und die Blechplatten wechselseitig auf der Unter- und Oberseite
des entstehenden Gesamtelementes überstehen, wobei die oben hervorstehenden Bleche
die Gleisschwelle oder Schiene tragen und die unten hervorstehenden sich gegen eine
feste Grundplatte abstützen. sei diesem erfindungsgemäßen Element beanspruchen die
Vertikalkräfte des über die Schiene rollenden Zuges die einzelnen Gummiscllichten
auf Schub. Da die Schubiläche jedes Linzelelementes
nu klein ist
und die Schubspannung zur Erzielung hoher Lebensdauer ebenfalls klein gehalten werden
muß, wird eine große Anzahl von Elementen parallel gehalten, so daß auch sehr hohe
Lasten aufgenommen werden können. Die auftretenden Schallwellen werden vom Gummi
weitgehend absorbiert, da sie den Gummi lediglich in dessen Schubrichtung durchlaufen.
Sie bringen daher eine unvergleichlich höhere Geräuschdämmung als die bisher bekannten
druckbeanspruchten Elemente. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß derartige Elemente
wirtschaftlich in einem einzigen Arbeitsgang zusammenvulkanisiert werden und ihre
Metallteile als preisgünstige, ebene Blenrechtecke ausgebildet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die
äußeren Blechplatten oder außen anliegende zusätzliche Metallplatten durch Bolzen
oder einen herumgelegten Bügel verbunden sind, mittels derer die Gummielemente vor
dem Einbau auf Druck vorgespanntwerden können. Damit wird den einzelnen Gummielementen
vor dem Einbau eine Druckvorspannung erteilt, die die Dauerfestigkeit schubdruckbeanspruchter
Elemente erhöht, da sie eine Orientierung der Kautschukkettenmoleküle bewirkt und
örtliche Schrumpfspannungen beseitigt.
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Erfindungsgemäß können die seitlichen Enden der hochkant stehenden,
parallel angeordneten Blechplatten oder einige von ihnen über den Gummi hinausragen
und mit Ausnehmungen versehen sein, durch die die Vorspannbolzen oder der Vorspannbügel
hindurchgehen. Diese Ausführung dient dazu, zu verhindern, daß
die
Säule der hintereinanderliegenden Gummi- und Metallplatten beim Vorspannen oder
beim Transport der vorgespannten Elemente seitlich ausknickt. Die Gefahr des Ausknickens
ist ohne eine solche Führung der Bleche im nicht eingebauten, vorgespannten Zustand
sehr groß. Die zur Führung dienenden Aussparungen werden so bemessen, daß die erforderliche
Durchfederung unter Schubbelastung gewährleistet ist, bevor die Aussparungen zur
Anlage an Vorspannbolzen oder Vorspannbügel kommen.
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Die Erfindung sieht vor, daß die Ebenen der unter der Schiene oder
Schwelle eingebauten Bleche und der Gummielemente in Fahrtrichtung verlaufen. Bei
dieser Anordnung wird erreicht, daß seitliche Kräfte, wie sie beispielsweise bei
Kurvenfahrt vom Spurkranz des Rades auf die Schiene ausgeübt werden, keine merkliche
Verformung des elastischen Lagers bewirken, weil die zahlreichen, zwischen den Blechen
liegenden Gummielemente, die parallel geschaltet sind, in der Druckrichtung eine
hohe Druckfederkonstante aufweisen. In Fahrtrichtung dagegen ist das Element bei
dieser Anordnung sehr nachgiebig, weil in dieser Richtung nur Schubverformungen
auftreten. Die Schienen können daher Längenänderungen, beispielsweise durch Erwärmung,
ohne Schwierigkeiten ausführen, sind aber seitlich gut geführt. Für Längsschwingungen
der Schienen mit verhältnismäßig niedriger Frequenz wird eine gute Schwingungsisolierung
erzielt, was besonders für die Geräuschdämpfung günstig ist.
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Es ist nach der Erfindung jedoch auch möglich, daß die Ebenen der
Bleche und der Gummielemente senkrecht zur Fahrtrichtung
verlaufen.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise erforderlich, wenn in Fahrtrichtung eine
steife Lagerung der Schwellen bzw. Schienen benötigt wird, um Bremskräfte aufzunehmen.
Dies ist häufig beim Übergang eines fest verlegten Gleises auf eine Brücke oder
umgekehrt der Fall.
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Schließlich sieht die Erfindung vor, deß au£ Unter- und/oder Oberseite
des Gummi-Metall-Elementes Metallplatten angeordnet sind, die mit Rillen zur Aufnahme
der unten und oben hervorstehenden Blechkanten versehen sind. Es wird damit eine
bessere Krafteinleitung von den relativ schmalen oberen und unteren Stirnseiten
der einvulkanisierten Bleche in die Schwelle bzw.
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die unter dem Element liegende Betonplatte erreicht. Gleichzeitig
ist es rtiöglich, das vorgespannte Gummi-Metall-Element in die Rillenplatten einzulegen
und die Vorspannbolzen zu ersparen.
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Die verschiedenen Anordnungen können selbstverständlich auch für ähnliche
Ausführungen verwendet werden. Beispielsweise können auf Brücken mehrere Betonschwellen
zu einer größeren Betonplatte zusammengefaßt werden, die nach dem beschriebenen
Prinzip elastisch gelagert ist.
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Die Abbildungen erläutern die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel,
und zwar zeigen: Abb. 1 das elastische Element im Längs-Querschnitt, Abb. 2 das
gleiche Element in der Seitenansicht, Abb. 3 das gleiche Element von oben gesehen,
Abb.
4 einen Querschnitt zu Abb. 1 in Seitenansicht, Abb. 5 das elastische Element in
einer anderen Ausführungs form, Abb. 6 die Ansicht einer auf den Federelementen
gelagerten Schwelle.
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Nach den Abb. 1 bis 3 sind zwischen wechselseitig auf der Ober-und
Unterseite des Gesamtelementes überstehenden Blechplatten 1 und 2, die hochkant
und parallel angeordnet sind, Gummikörper 3 einvulkanisiert. Auf den oben hervorstehenden
Blechen 1 liegt eine nur mit ihrer Unterseite angedeutete Gleisschwelle auf. Die
unten hervorstehenden Bleche 2 stützen sich gegen eine feste, ebenfalls nur angedeutete
Grundplatte ab. Für den Fall, daß die Gefahr besteht, daß sich die oben hervorstehenden
Bleche 1 in die jeweilige Gleisschwelle unerwünscht einarbeiten, besteht die Möglichkeit,
ein Zwischenblech vorzusehen, das auch eingelassen sein könnte, wie dies die gestrichelten
Linien in Abb. 1 oben zeigen. Zur großflächigen Kraftübertragung ist es aber auch
denkbar, die überstehenden Enden der Bleche 1 und/ oder 2 T-förmig zu gestalten
was in Abb. 1 unten durch gestrichelte Linien beispielsweise veranschaulicht ist.
Zu beiden Seiten der äußeren Blechplatten des gesamten Gummi-Metall-Elementes sind
starke Metallplatten 4 angeordnet, die durch Bolzen 5 miteinander verbunden sind.
An den Enden der Bolzen 5 angebrachte Gewinde mit den Muttern 6 dienen zum Zusammenspannen
der Endplatten 4, um den Gummischichten 3 des Gummi-Metall-Elementes eine Druckvorspannung
zu erteilen.
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Nach Abb. 4 ragen die seitlicnen Enden 7 der unten aufliegenden Blechplatten
2 seitlich über den Gummi hinaus. Sie sind mit Ausnehmungen 8 versehen, durch die
die Vorspannbolzen 5 hindurchlaufen. Wenn das Element ausknickt, kommen die Wandungen
der Aussparung 8 am Vorspannbolzen 5 zur Anlage und verhindern ein völliges Ausknicken.
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Nach Abb. 5 ruhen die unten hervorstehenden Kanten der Bleche 2 in
Rillen 11 einer unter dem gesamten Gummi-Metall-Element liegenden starken Metallplatte
9, und in gleicher Weise werden die oben hervorstehenden Kanten der Bleche 1 von
Rollen 12 einer oben aufliegenden starken Metallplatte 10 aufgenommen. Die unten
und oben aufliegenden Metallplatten 9 und 10 vergrößern die Auflagefläche und bewirken
eine einwandfreie Krafteinleitung in Grundplatte und Gleisschwelle, wie dies in
vergleichbarer Weise auch bei der Ausführung gemaß den Abb. 1 bis 3 der Fall ist.
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Nach Abb. 6 sind in Aussparungen der Gleisschwelle 13 Gummi-Metall-Elemente
mit den Blechen 1 und 2, den Gummischichten 3 und der unteren und oberen Metallplatte
9 und 10 angeordnet, die die Schwelle 13 elastisch gegen die starre Unterlage abstützen.
Die Schwelle 13 trägt die Schiene 14.