DE19647246A1 - Verankerung der Schwellen eines Gleises für schienengebundene Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verankerung der Schwellen eines Gleises für schienengebundene Fahrzeuge in einem bitumengebunde­ nen Tragkörper einer festen Fahrbahn, mit langgestreckten, star­ ren Verankerungsmitteln, welche vertikale Öffnungen in den Schwellen durchsetzen und in mit diesen fluchtende Ausnehmungen im Tragkörper einbinden.

Im Fahrbetrieb üben die schienengebundenen Fahrzeuge hohe dyna­ mische Belastungen über das Gleis auf den Oberbau des Fahrweges aus. Insbesondere Bahnen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit verkehren, erzeugen in einem breiten Frequenzbereich vertikale und horizontale Schwingungen hoher Intensität, die durch die Verankerungsmittel von den Schwellen in den Tragkörper des Ober­ baues eingeleitet und dort absorbiert werden müssen. Zu diesem Zwecke ist es bekannt, lang gestreckte, starre Verankerungs­ mittel, wie Gewindestäbe, Ankerbolzen oder Dübel in Ausnehmungen eines zement- oder bitumen-gebundenen Tragkörpers fest einzukleben (EP 0 621 370 A1, DE 43 35 877 A1, DE 44 28 706 A1), wobei diese Verankerungsmittel vertikale Öffnungen in den Schwellen durchsetzen und die elastisch gelagerten Schwellen des Gleises auf dem Tragkörper festhalten. Vertikale Schwingungen werden hierdurch absorbiert und das Gleis kann sich vom Oberbau nicht abheben und verschieben.

Während die stabförmigen, in den Tragkörpern des Oberbaues fest eingeklebten oder eingegossenen Verankerungsmittel in einer festen Fahrbahn aus Zementbeton auch die von den Fahrzeugen auf das Gleis ausgeübten Horizontalkräfte, wie in Längsrichtung des Gleises wirkende Brems- und Anfahrkräfte und quer zum Gleis wir­ kende Seitenführungskräfte in den Gleisoberbau übertragen, be­ steht bei bitumengebundenen Tragkörpern die Gefahr, daß sich die Verankerungsmittel in den Ausnehmungen des Tragkörpers mit der Zeit lockern, in die sie starr eingeklebt sind. Unter den hori­ zontal wirkenden, dynamischen Kräften geben die Wandungen der Bohrlöcher im Asphalt immer mehr nach, wobei sich der Asphalt plastisch verformt und die Klebebindung zwischen Bohrlochwandung und der Vergußmasse verlorengeht, mit der die Dübel oder Anker in die Ausnehmungen des Tragkörpers eingeklebt sind. Die Verankerungsmittel sind dann nicht mehr in der Lage, die auf den Gleisrost ausgeübten vertikalen und horizontalen Kräfte sicher in die feste Fahrbahn einzuleiten. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich das Gleis vom Tragkörper löst und sich seitlich ver­ schiebt und dann neu ausgerichtet und befestigt werden muß, was einen wesentlich höheren Aufwand erfordert als das Ausrichten des Gleises bei einer Fahrbahn in Schotterbauweise.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verankerung von Gleisschwel­ len auf bitumengebundenen Tragkörpern einer festen Fahrbahn zu schaffen, die sich auch unter hohen dynamischen Beanspruchungen nicht lockert und sowohl vertikale wie horizontale Kräfte elastisch absorbiert.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verankerungsmittel in den Ausnehmungen des Tragkörpers mit einer elastischen Ankermasse befestigt sind.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die von den Fahrzeugen in den Gleisrost übertragenen dynamischen Schwingungen von der elastischen Ankermasse bereits in den Ausnehmungen des Trag­ körpers gedämpft und als im wesentlichen statische Kräfte auf die Wandungen der Ausnehmungen übertragen werden.

Hierbei werden diese Horizontalkräfte zwar auf- und abschwellend in den bitumengebundenen Tragkörper eingetragen, sie wirken je­ doch immer nur eine so kurze Zeit auf den Tragkörper ein, daß sie eine plastische Verformung der Asphalttragschicht nicht bewirken können.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Durchmesser der Aus­ nehmungen im Tragkörper größer ist als der Durchmesser der Ver­ ankerungsmittel und die elastische Ankermasse den Ringspalt zwischen den Wandungen der Ausnehmungen und dem Außenumfang der Verankerungsmittel vollständig ausfüllt. Durch die große Wand­ dicke des von der Ankermasse gebildeten Ankerpfropfes wird eine hohe Elastizität erreicht, wodurch Schwingungen absorbiert und die von den Verankerungsmitteln ausgeübten Kräfte auf eine ver­ hältnismäßig große Umfangsfläche der Ausnehmung verteilt werden. Die spezifische Belastung des bitumengebundenen Tragkörpers im Bereich der Ausnehmungen bleibt hierdurch verhältnismäßig ge­ ring.

Jedes Verankerungsmittel kann in seinem in die Ausnehmung hin­ einragenden Bereich einen Abstandhalter aufweisen, mit dem sich das Verankerungsmittel punktweise in der Ausnehmung abstützen kann, ohne daß hierdurch die elastische Beweglichkeit des Anker­ stabes in der Ausnehmung wesentlich eingeschränkt wird.

Die Verankerungsmittel können in den Öffnungen der Schwellen starr befestigt, beispielsweise mit einem Zementmörtel vergossen sein, wenn die Schwellen Betonschwellen sind. Lang gestreckte Verankerungsmittel, wie beispielsweise Stahlstäbe, können dann bei seitlichen Bewegungen des Gleisrostes in ihren Ausnehmungen im Tragkörper nur Translationsbewegungen ausführen, so daß über die Ankerstäbe in die Tragplatte eingeleitete Schwingungen sich gleichmäßig über die ganze Höhe der Ausnehmung verteilen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Ver­ ankerungsmittel in den Öffnungen der Schwellen gelenkig be­ festigt sein. Eine solche gelenkige Befestigung liegt in der Regel bei Stahlschwellen vor, die nur eine geringe Dicke haben und mit Beilagscheiben und Muttern an den Verankerungsmitteln befestigt werden, welche Bohrungen in den Schwellen durch­ dringen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die sich zur Verankerung eines Gleisrostes mit Betonschwellen eignet, können die Verankerungsmittel auch in den Öffnungen der Schwellen mit einer elastischen Ankermasse befestigt sein. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Öffnungen in den Schwellen und die Ausneh­ mungen des Tragkörpers mit annähernd gleichgroßen Durchmessern auszuführen und sowohl im Bereich der Ausnehmungen als auch im Bereich der Öffnungen untere bzw. obere Abstandhalter anzu­ ordnen.

Die Verankerungsmittel können umfangsrauhe Stahlstäbe sein, die an mindestens einem ihrer Enden aufgesetzte, angeschraubte oder angenietete Abstandhalter tragen. Es sind aber auch andere Ver­ ankerungsmittel möglich, wie glasfaserbewehrte Kunststoffstäbe, verdrillte Stahldrahtstäbe od. dgl.

Die elastische Ankermasse kann eine vergießbare oder verpreßbare zäh-elastische oder zäh-harte, lösungsmittelfreie Reaktionsharz­ masse sein, auf der Basis von flexibilisierten Epoxidharzen oder Polyurethanen. Eine solche Ankermasse kann auch aus Co-Polymeri­ saten dieser oder anderer Reaktionsharze bestehen. Neben dem Zusatz von mineralischen Füllstoffen zur Verbesserung der Druck­ festigkeiten können der Ankervergußmasse auch elastische Zusatz­ stoffe zur Verbesserung des Federverhaltens beigegeben werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevor­ zugte Ausführungsformen der Erfindung an Beispielen näher erläu­ tert sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine feste Fahrbahn für schienengebundene Fahrzeuge mit einem Gleisrost und Betonschwellen im Längsschnitt, die nach der Erfindung verankert sind;

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Querschnitt nach Linie II-II;

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung und

Fig. 4 die Verankerung einer Stahl-Y-Schwelle auf einer festen Fahrbahn nach der Erfindung in einem Teilquerschnitt durch die Fahrbahn und das Gleis.

In den Zeichnungen ist mit 10 der Oberbau eines Fahrweges für schienengebundene Fahrzeuge bezeichnet, der insbesondere für mit Hochgeschwindigkeit verkehrende Eisenbahnzüge bestimmt ist, aber auch für andere Schienenbahnen, wie Straßenbahnen, Güterzüge od. dgl. verwendbar ist. Bei dem Oberbau 10 handelt es sich um eine feste Fahrbahn, bei der der Gleisrost 11 auf einem durchgehen­ den Tragkörper 12 verlegt ist, der bei der Erfindung bitumen­ gebunden ist, d. h. aus einer Asphalttragschicht besteht.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schienen 13 auf Betonschwellen 14 befestigt und bilden zusammen mit diesen den Gleisrost 11. Die Schwellen 14 liegen auf der Oberfläche 15 des Tragkörpers 12 auf und sind in diesem mit einer Verankerung 16 befestigt, damit sie sich nicht in horizontaler Richtung auf dem Tragkörper 12 verschieben und sich auch nicht in vertikaler Richtung von diesem abheben können. Die Verankerung 16 der Schwellen 14 in dem Tragkörper 12 ist Gegen­ stand der vorliegenden Erfindung.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, hat jede Schwelle 14 eine durchgehende vertikale Öffnung 17, die zweckmäßig schon bei der Fertigung der Schwellen 14 in diesen vorgesehen wird und sich in demjenigen Bereich der Schwelle 14 befindet, in dem diese an ihrer Unterseite einen Hohlraum 18 hat, also nicht auf der Ober­ fläche 15 des Tragkörpers 12 aufliegt. Nach dem Verlegen und Ausrichten des Gleisrostes 11 werden durch die vertikalen Öff­ nungen 17 in den Schwellen 14 hindurch in den Tragkörper 12 mit den Öffnungen 17 fluchtende Ausnehmungen 19 gebohrt, die zweck­ mäßig den gleichen Durchmesser D haben wie die Öffnungen 17, aber auch größer sein können als die Öffnungen 17. Nach dem Reinigen jeder Ausnehmung 19 und jeder Öffnung 17 von Bohrmehl und Gesteinsstaub wird dann in die Öffnung ein langgestrecktes, starres Verankerungsmittel 20 eingesetzt, welches die Öffnung 17 durchsetzt und fast bis zum Boden 21 der Ausnehmung 19 reicht.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verankerungsmittel 20 ein profilierter Stahlstab 22, der an seinem oberen Ende 22a und an seinem unteren Ende 22b je einen Abstandhalter 23 trägt. Diese Abstandhalter zentrieren das obere und untere Ende des Verankerungsmittels in der Öffnung 17 der Schwelle 14 und in der Ausnehmung 19 des Tragkörpers 12, da der Durchmesser D der Öffnung 17 und der Durchmesser D der Aus­ nehmung 19 größer ist als der Durchmesser d des Verankerungs­ mittels 20.

Der Ringspalt 24 zwischen den Wandungen 25 der Öffnung 17 und den Wandungen 26 der Ausnehmung 19 im Tragkörper einerseits und dem Außenumfang 27 des Verankerungsmittels 20 andererseits ist bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig mit einer elastischen Ankermasse 28 ausgefüllt, die einerseits am Außenumfang 27 des Verankerungsmittels 20 und an­ dererseits an den Wandungen 25 und 26 der Öffnung 17 und der Ausnehmung 19 klebend haftet.

Damit diese elastische Ankermasse 28 beim Einfüllen von oben her in die Öffnung 17 nicht in den Hohlraum 18 austritt, ist im Bereich dieses Hohlraumes ein Dichtring 29 aus Moosgummi oder einem anderen Elastomer vorgesehen, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser D der Öffnung 17 und der Ausnehmung 19 entspricht.

Die elastische Ankermasse kann ein vergießbares oder verpreß­ bares, zäh-elastisches Reaktionsharz sein, aber auch aus Co-Polymerisaten von flexibilisierten Epoxidharzen oder Poly­ urethanen bestehen, wobei es wesentlich ist, daß die Ankermasse 28 nicht nur elastisch, sondern auch genügend druckfest ist, um die von den Fahrzeugen in die Schwellen eingeleiteten Horizon­ talkräfte auf den Tragkörper 12 des Oberbaues zu übertragen.

Während bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sowohl die Ausnehmung 19 im Tragkörper 12 als auch die vertikale Öffnung 17 in der Schwelle 14 mit einer elastischen Ankermasse 28 ausgegossen sind, in der das Veran­ kerungsmittel 20 mit seinen Abstandhaltern 23 eingebettet ist, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine elastische Anker­ masse 28 nur im Bereich der Ausnehmung 19 im Tragkörper 12 vor­ handen. Die Öffnung 17 in der Betonschwelle 14, die mit der Aus­ nehmung 19 fluchtet, ist mit einem starren, hydraulisch abbin­ denden Mörtel oder mit einem Reaktionsharzmörtel 30 ausgefüllt. Das Verankerungsmittel 20 wird bei dieser Ausführungsform von einem umfangsrauhen Stahlstab 22 gebildet, der an seinen Enden auch Abstandshalter 23 trägt und in seinem oberen Teil im Mörtel 30 und mit seinem unteren Teil in der elastischen Ankermasse 28 satt eingebettet ist. Durch das Vergießen der vertikalen Öffnung 17 mit einem starren, hydraulisch abbindenden Mörtel oder mit einem Reaktionsharzmörtel wird der als Verankerungsmittel 20 dienende Stahlstab 22 in der Öffnung 17 der Schwelle 14 starr befestigt, so daß er bei einer Translationsbewegung der Schwelle 14 auf dem Tragkörper 12 sich in der elastischen Ankermasse 28 nur seitlich bewegen, aber in der Ausnehmung 19 nicht schwenken kann. Bei genügender Steifigkeit des Stahlstabes 22 überträgt er dann die Schubkräfte der Schwelle auf seiner ganzen Länge annä­ hernd gleichmäßig in die Tragplatte.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Gleisrost 11 aus Y-Stahlschwellen 31, die mit der erfindungs­ gemäßen Verankerung auf einem Asphalt-Tragkörper 12 verankert sind. Als Verankerungsmittel 20 dient auch hier ein Gewindestab 32, dessen unteres Ende 32b einen Abstandhalter 33 trägt. Der Gewindestab 32 ist in der Ausnehmung 19 des Tragkörpers 12 voll­ ständig in einer elastischen Ankermasse 28 eingebettet und trägt am oberen Ende 32a eine Klemmplatte 34, welche die einander zu­ gewandten Seitenränder 35 der Unterflanschen 36 der Stahlschwel­ len übergreift und die von einer aufgeschraubten Mutter 37 mit Federringen 38 angedrückt wird und die Stahlschwelle fest auf den Tragkörper 12 preßt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind mehrere Änderungen und Ergänzungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu ver­ lassen. Beispielsweise kann die Verankerung auch bei solchen festen Fahrbahnen angewendet werden, bei denen der Tragkörper nicht aus einer Asphalttragschicht, sondern aus einer zementge­ bundenen Betontragschicht besteht und es auf eine elastische Verankerung des Gleisrostes auf dem Oberbau ankommt. Ferner können auch andere Verankerungsmittel, beispielsweise glasfaser­ verstärkte Kunststoffstäbe Verwendung finden, an die dann die elastische Ankermasse anzupassen ist.

Claims (8)

1. Verankerung der Schwellen eines Gleises für schienengebundene Fahrzeuge in einem bitumengebundenen Tragkörper einer festen Fahrbahn, mit langgestreckten, starren Verankerungsmitteln, welche vertikale Öffnungen in den Schwellen durchsetzen und in mit diesen fluchtende Ausnehmungen im Tragkörper einbin­ den, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel (20) in den Ausnehmungen (19) des Tragkör­ pers (12) mit einer elastischen Ankermasse (28) befestigt sind.

2. Verankerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser (D) der Ausnehmungen (19) größer ist als der Durchmesser (d) der Verankerungs­ mittel (20) und daß die elastische Ankermasse (28) den Ring­ spalt (24) zwischen den Wandungen (26) der Ausnehmungen (19) und dem Außenumfang (27) der Verankerungsmittel (20) voll­ ständig ausfüllt.

3. Verankerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Verankerungsmittel (20) in seinem in die Ausnehmung (19) hineinragenden Bereich (22b) einen Abstandhalter (23) aufweist.

4. Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel (20) in den Öffnungen (17) der Schwellen (14) starr befestigt sind.

5. Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel (20) in den Öffnungen (17) der Schwellen (14) mit einer elastischen Ankermasse (28) befestigt sind.

6. Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (17) in den Schwellen (14) und die Ausnehmungen (19) im Tragkörper (12) annähernd gleichgroße Durchmesser (D) haben und daß die Verankerungsmittel (20) sowohl im Bereich der Ausnehmungen (19) als auch im Bereich der Öffnungen (17) untere bzw. obere Abstandhalter (23) aufweisen.

7. Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel (20) umfangsrauhe Stahlstäbe (22) sind, die an mindestens einem ihrer Enden (22a, 22b) aufgesetzte, angeschraubte oder angenietete Abstandhalter (23) tragen.

8. Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Anker­ masse (28) eine vergießbare oder verpreßbare, zäh-elastische oder zäh-harte, lösungsmittelfreie Reaktionsharzmasse auf der Basis von flexibilisierten Epoxidharzen oder Polyurethanen ist.