DE19839551A1

DE19839551A1 - Weichenverschluß

Info

Publication number: DE19839551A1
Application number: DE1998139551
Authority: DE
Inventors: Walter Kunitz; Stefan Schmedders
Original assignee: Voestalpine BWG GmbH; Butzbacher Weichenbau GmbH
Current assignee: Butzbacher Weichenbau GmbH; Voestalpine Turnout Technology Germany GmbH
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-04-13

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Weichenverschluss mit über Schraubverbindungen (10) zusammengesetzten Werkstücken, wobei die Schraubverbindung einen einen Steigungswinkel beta aufweisenden Gewindebolzen (14) sowie diesen gegenüber dem Werkstück sichernde selbsthemmende verdrehgesicherte Mutter (16) umfasst. Damit die Schraubverbindung auch hohen dynamischen Belastungen auf Dauer standhält, wird vorgeschlagen, dass die Schraubverbindung (10) zumindest ein Paar von aufeinander liegenden Sicherungsscheiben (18, 20) zwischen dem Werkstück (12) und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter (16) aufweist, wobei die Sicherungsscheiben in ihren aufeinander liegenden Flächen als Keilflächen mit einem Steigungswinkel alpha ausgebildet ist, der größer als der Steigungswinkel beta des Bolzens (14) ist, und wobei die jeweilige Außenfläche der Sicherungsscheibe strukturiert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Weichenverschluss mit über Schraubverbindungen zusammengesetzten Werkstücken wie Klammerwangen und Schieberstange oder sich über lappenden Schieberstangenteilen, wobei die Schraubverbindung einen einen Steigungswinkel aufweisenden Gewindebolzen sowie diesen gegenüber dem Werkstück sichernde selbst hemmende verdrehgesicherte Mutter umfasst. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Schraubverbindung zum Sichern eines Werkstückes umfassend einen einen Steigungswinkel aufweisenden Gewindebolzen sowie diesen gegenüber dem Werkstück sichernde verdrehgesi cherte Mutter.

Im Eisenbahnoberbau, insbesondere im Bereich von Höchstgeschwindigkeitsstrecken, sind die über Schraubverbindungen gesicherten Werkstücke hohen Belastungen ausgesetzt. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Schraubverbindungen auch hohen Lastwechseln auf Dauer standhalten. Um dies sicherzustellen, wurden im Bereich von Weichenverschlüssen Vargal muttern genutzt, die selbstsichernd sind und einen elastischen Kragen aufweisen, der um fangsseitig von einem Federelement umgeben ist. Versuche von Verschraubungen mit ent sprechenden Muttern bei dynamischen Belastungen haben jedoch gezeigt, dass unter extremen Bedingungen ein Lösen möglich ist.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen Weichenverschluss mit einer Schraubverbindung derart weiterzubilden, dass die Schraubverbindungen auch hohen dynamischen Belastungen auf Dauer standhalten, wobei auf Komponenten zurückzugreifen ist, die jeweils für sich bei üblichen Schraubverbindungen eine hohe Zuverlässigkeit zeigen.

Zur Lösung des Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Schraubverbindun gen zumindest ein Paar von zwei aufeinanderliegenden Sicherungsscheiben zwischen dem Werkstück und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter aufweist, wobei die Siche rungsscheiben in ihren aufeinander liegenden Flächen als Keilflächen mit einem Steigungs winkel größer als der des Bolzens ausgebildet sind und außenflächenseitig eine Verzahnung aufweisen.

Durch die Kombination eines entsprechenden Paares von aufeinander liegenden Siche rungsscheiben und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter kann eine Schraubver bindung zur Verfügung gestellt werden, die hohe dynamische Belastungen aushält und die auch nach mehrmaligem Lösen und Anziehen die ursprünglichen Halteeigenschaften aufweist. Dabei ist insbesondere als selbsthemmende verdrehgesicherte Mutter eine solche zu ver wenden, die einen eingesetzten Kunststoffring wie Polyamidring aufweist.

Eine besonders hohe Zuverlässigkeit ergibt sich dann, wenn eine Außenfläche des Siche rungsscheibenpaares auf dem Werkstück aufliegt. Alternativ besteht jedoch auch die Mög lichkeit, ein Sicherungsscheibenpaar zwischen einer ersten auf dem Werkstück aufliegenden Mutter und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter anzuordnen.

Besonders starken Belastungen hält eine Schraubverbindung dann stand, wenn die Schraub verbindung zwei Paare aufeinanderliegende Sicherungsscheiben umfasst, wobei ein erstes Paar zwischen dem Werkstück und einer ersten Mutter und das zweite Paar zwischen der ersten Mutter und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter angeordnet ist.

Sofern der Bolzen einen Kopf aufweist, sollte des Weiteren zwischen diesem und dem Werkstück ein weiteres Paar von Sicherungsscheiben angeordnet sein.

Hohe Zuverlässigkeiten zeigen sich insbesondere dann, wenn als Bolzen ein solcher mit einem Feingewinde benutzt wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombina tion -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm einer zeitabhängigen Zugkraftänderung einer Schraubverbin dung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein Diagramm einer zeitabhängigen Zugkraftänderung einer Schraubverbindung nach der erfindungsgemäßen Lehre,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung,

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung,

Fig. 7 ein Ausschnitt eines Weichenverschlusses in Seitenansicht und

Fig. 8 der Weichenverschluss gemäß Fig. 7 in Draufsicht.

Um Werkstücke im Eisenbahnoberbau, insbesondere im Bereich von Weichenverschlüssen zu verbinden, gelangen nach dem Stand der Technik Schraubverbindungen zum Einsatz, die selbstsichernde Schrauben umfassen. Hierbei kann es sich um sogenannte Vargalmuttern handeln, die einen elastischen Kragen aufweisen, der umfangsseitig von einem Federelement umgeben ist. Eine Überprüfung nach einem Lösen entsprechender Muttern hat gezeigt, dass offensichtlich aufgrund der auftretenden Belastungen Beschädigungen in den Gewindegängen aufgetreten sind. Dabei erfolgte teilweise ein Nachschneiden der Gewindebolzen. Diese Beeinträchtigungen traten insbesondere dann im verstärkten Umfang auf, wenn die Schraub verbindung mehrfach gelöst und wieder angezogen worden ist.

Um das Löseverhalten entsprechender Schraubverbindungen nach dem Stand der Technik bei dynamischer Belastung zu überprüfen, wurden Vibrationstests nach der Methode Junker durchgeführt. Dabei wurde zunächst eine Mutter auf einem gefetteten Bolzen mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen. In Fig. 1 ist die bei dem vorgeschriebenen Drehmoment erreichte Zugkraft auf der Y-Achse in kN dargestellt. Anschließend wurde der benutzte Vibrationstester mit einer Frequenz von 44 Hz und einer horizontalen Auslenkung des verwendeten Prüftisches von ±1,5 mm in Betrieb genommen. Während des Versuchs wurde dabei die Zugkraft der Schraubverbindung als Funktion der Testzeit aufgezeichnet, die in der Fig. 1 in der Abszisse in der Zeiteinheit s dargestellt ist.

Der Graph 1 gibt die Änderung der Zugkraft in Abhängigkeit von der Zeit wieder, nachdem die Mutter erstmalig angezogen worden ist. (Test 1). Nach Abschluss des Tests 1 wurde die Schraubverbindung vollständig gelöst und erneut mit dem zulässigen Drehmoment angezogen. Anschließend wurde der Vibrationstest wiederholt. Es ergab sich der Verlauf der Kurve Graph 2. Schließlich wurde der Test 2 wiederholt, der in Graph 3 wiedergegeben ist.

Wie der Verlauf der Kurve 1 verdeutlicht, tritt ein sofortiger Abfall der Zugkraft der Schraubverbindung ein, d. h. es tritt ein Lösen der Mutter nach vier Sekunden auf und die Zugkraft geht annähernd auf 0 kN. Die Kurve 2 verdeutlicht, dass die Verspannkraft in 10 Sekunden von 110 kN auf 70 kN abfällt. Beim Lösen der Schraubverbindung wurde festge stellt, dass sich die Mutter auf dem Bolzen festgefressen hat. Der Test 3 spiegelt wieder, dass die Mutter sich vollständig auf dem Bolzen festgefressen hat, und zwar durch Verkeilen von Abschnitten des elastischen Kragens.

Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Schraubverbindung vorgeschlagen, die hohen dynami schen Belastungen standhält. Eine entsprechende Schraubverbindung 10 ist der Fig. 3 zu entnehmen. Dabei wird ein Werkstück 12 von einem Bolzen mit einem Gewinde 14 mit einem Gewindegang β durchsetzt. Der Bolzen wird mittels einer selbsthemmenden ver drehgesicherten Mutter 16 gesichert. Dabei handelt es sich um eine Mutter mit einem Polyamidring-Einsatz. Zwischen der Mutter 16 und dem Werkstück 12 ist ein an und für sich bekanntes Sicherungsscheibenpaar angeordnet, welches aus einer ersten und zweiten Siche rungsscheibe 18, 20 zusammengesetzt ist. Die aufeinanderliegenden Flächen der Scheiben 18, 20 weisen eine Verzahnung mit einem Steigungswinkel α auf, der geringfügig größer als der Steigungswinkel β des Gewindes des Bolzens 14 ist. Die einerseits dem Werkstück 12 und andererseits der Mutter 16 zugewandten Flächen der Scheiben 18, 20 sind zusätzlich mit einer Strukturierung wie Verzahnung versehen. Entsprechende Sicherungsscheiben sind unter dem Namen Nord-Lock bekannt.

Eine entsprechende Schraubverbindung wurde dynamischen Belastungen unterzogen, wie diese im Zusammenhang mit den Schraubverbindungen nach dem Stand der Technik durch geführt wurden und deren Ergebnis der Fig. 1 zu entnehmen waren. Die Ergebnisse der Belastungsversuche der erfindungsgemäßen Schraubverbindung sind der Fig. 2 zu entnehmen. Dabei wurden Bolzen gleicher Dimensionierung und gleichen Gewindeganges benutzt. Ebenfalls wird in Fig. 2 die Zugkraft kN gegenüber der Zeit s aufgetragen.

Wie die Graphen 1 und 2 belegen, konnte auch nach Festziehen und wiederum Lösen und Festziehen der Schraubverbindungen keine Änderungen der Zugkräfte festgestellt werden. Auch waren die durch die Graphen I und II wiedergegebenen Kräfte zum Lösen stets größer als die Anzugskräfte. Somit zeigt die erfindungsgemäße Schraubverbindung eine hohe Zuver lässigkeit auch bei hohen dynamischen Belastungen.

Die erfindungsgemäße Schraubverbindung umfässt erwähntermaßen als zwingende Elemente einerseits das Paar Sicherheitsscheiben 18, 20 und andererseits die selbsthemmende ver drehgesicherte Mutter 16. Wie der Fig. 5 zu entnehmen ist, können jedoch auch zwei Paare 22, 24 von Sicherungsscheiben 18, 20 benutzt werden, wobei zwischen den Paaren 22, 24 eine weitere Mutter 26 verläuft. Somit liegt ein erstes Paar 22 der Sicherungsscheiben unmittelbar auf dem Werkstück 12 auf und das zweite Paar 24 zwischen der ersten Mutter 26 und der außen verlaufenden selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter 16.

Sofern ein Bolzen 28 mit Kopf 30 benutzt wird (Fig. 4) ist des Weiteren vorgesehen, dass zwischen dem Kopf und dem Werkstück 12 ebenfalls ein Paar 32 von Sicherungsscheiben 18, 20 zuvor beschriebener Art zum Einsatz gelangen.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform wiedergegeben, bei der ein Paar von Sicherungsscheiben 18, 20 zwischen einer ersten auf dem Werkstück 12 aufliegenden Mutter 26 und der selbst hemmenden verdrehgesicherten Mutter 16 angeordnet ist.

Die entsprechenden erfindungsgemäßen Schraubverbindungen kommen insbesondere bei Weichenverschlüssen 30 zum Einsatz, wie diese dem Stand der Technik zu entnehmen sind und rein prinzipiell und im Ausschnitt in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind. Dabei sind Klam merwangen 32 dargestellt, die einerseits mit einer Stellstange 34 und andererseits mit einer Schieberstange 36 verbunden werden, die ihrerseits aus über Druckplatten 38 verbundene Schieberstangenteile 40 zusammengesetzt ist.

Wie die Draufsicht der Fig. 8 verdeutlicht, sind dabei sämtliche Schraubverbindungen entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre ausgebildet, wobei im Bereich der Klammerwan gen 32 die Schraubverbindungen mit den aufeinanderliegenden Sicherungsscheiben der Ausführungsform der Fig. 5 entsprechen. Die Bolzen selbst weisen einen Kopf auf, der jedoch nicht zwingend gegenüber der jeweiligen Klammerwange 32 über ein Paar von Sicherungsscheiben gesichert sein muss.

Demgegenüber sind die die Klemmplatten 38 und die in diesem Bereich sich überlappenden Schieberstangenteile 40 über Schraubverbindungen miteinander verbunden und gesichert, die der Fig. 4 entsprechen.

Claims

1. Weichenverschluss mit über Schraubverbindungen (10) zusammengesetzten Werk stücken wie Klammerwangen (32) und Schieberstange (36) oder sich überlappenden Schieberstangenteilen (40), wobei die Schraubverbindung einen einen Steigungswinkel β aufweisenden Gewindebolzen (14) sowie diesen gegenüber dem Werkstück sichern de selbsthemmende verdrehgesicherte Mutter (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (10) zumindest ein Paar von aufeinander liegenden Sicherungsscheiben (18, 20) zwischen dem Werkstück (12) und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter (16) aufweist, wobei die Sicherungsscheiben in ihren aufeinander liegenden Flächen als Keilflächen mit einem Steigungswinkel α ausgebil det ist, der größer als der Steigungswinkel β des Bolzens (14) ist, und wobei die jeweilige Außenfläche der Sicherungsscheibe strukturiert ist.

2. Weichenverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsthemmende verdrehgesicherte Mutter (16) einen eingesetzten Kunst stoffring wie Polyamidring zur Verdrehsicherung aufweist.

3. Weichenverschluss nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung zwei Paare (22, 24) von aufeinander liegenden Siche rungsscheiben (18, 20) aufweist, wobei ein Paar von Sicherungsscheiben zwischen dem Werkstück (12) und einer ersten Mutter (26) und das weitere Paar der Siche rungsscheiben zwischen der ersten Mutter und der selbsthemmenden verdrehgesicher ten Mutter (16) angeordnet ist.

4. Weichenverschluss nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindebolzen (28) einen Kopf (30) aufweist, zwischen dem und dem Werkstück (12) ein weiteres Paar (32) von Sicherungsscheiben (18, 20) angeordnet ist.

5. Weichenverschluss nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (28) ein Feingewinde mit einer Steigung von in etwa 1,5 aufweist.

6. Weichenverschluss nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Sicherungsscheiben (18) auf dem Werkstück (12) aufliegt.

7. Weichenverschluss nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung ein Paar von Sicherungsscheiben (18, 20) aufweist, die zwischen einer ersten auf dem Werkstück (12) aufliegenden Mutter (26) und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter (16) angeordnet ist.

8. Schraubverbindung insbesondere bestimmt für den Eisenbahnoberbau zum Verbinden von Werkstücken, wobei die Schraubverbindung einen einen Steigungswinkel β aufweisenden Gewindebolzen (14) sowie diesen gegenüber dem Werkstück (12) sichernde selbsthemmende verdrehgesicherte Mutter (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (10) zumindest ein Paar von aufeinander liegenden Sicherungsscheiben (18, 20) zwischen dem Werkstück (12) und der selbsthemmenden verdrehgesicherten Mutter (16) aufweist, wobei die Sicherungsscheiben in ihren aufeinander liegenden Flächen als Keilflächen mit einem Steigungswinkel β größer als der Steigungswinkel α des Bolzens ausgebildet sind, und wobei die jeweilige Außenfläche der Sicherungsscheiben strukturiert ist.

9. Schraubverbindung nach zumindest Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsthemmende verdrehgesicherte Mutter (16) einen eingesetzten Kunst stoffring wie Polyamidring aufweist.