DE202010001748U1

DE202010001748U1 - Gleisbettmatte für einen Eisenbahnoberbau

Info

Publication number: DE202010001748U1
Application number: DE202010001748U
Authority: DE
Original assignee: Edilon Sedra 65203 GmbH; EDILON SEDRA GmbH
Current assignee: Edilon Sedra 65203 GmbH; EDILON SEDRA GmbH
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: PL2531652T3; EP3002368A1; EP2531652B1; WO2011095325A1; EP3002368B1; EP2531652A1; PL3002368T3

Abstract

Eisenbahnoberbau, umfassend: ein Gleistragsystem (5, 6; 9), auf diesem montierte Schienen (1) und eine Gleisbettmatte (10) als fortlaufende Unterlage des Gleistragsystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) aus mit Polyurethan gebundenem Gummi-Recyclingmaterial besteht und quer zur Mattenebene Lochungen (11) aufweist, die über die Mattenoberfläche verteilt angebracht sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Eisenbahnoberbau mit elastischer Unterlage, insbesondere Gleisbettmatte oder Schotterunterbahn, um Erschütterungen an Gleisanlagen für schienengebundene Fahrzeuge zu vermindern.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Eisenbahnoberbau ist aus der EP 0 922 808 A2 bekannt. Als Unterlage wird eine zweischichtige, federnde Matte verwendet, deren obere Schicht aus Polyurethan-gebundenem Gummigranulat und deren untere Schicht aus einer Steinwolleplatte besteht. Aufgabe dieser federnden Matte ist unter anderem, die Erzeugung und Ausbreitung von niederfrequentem Schall zu behindern. Zusammen mit der federnden Matte bildet der Eisenbahnoberbau ein Masse-Feder-System, das bei richtiger Abstimmung der Feder zu einer wirksamen schalldämmenden Lagerung der Gleise und damit auch der Schienen führt.
Eine weitere schalldämmende Lagerung von Gleisen ist aus der DE 199 52 803 A1 bekannt. Dort wird die Feder des Masse-Feder-Systems aus einer sogenannten Entropie-elastischen Matte aus Polyurethan oder Natur- oder Synthese-Kautschuk mit einer Dicke zwischen 15 mm und 40 mm gebildet.
Eine Schottertrageschicht auf tiefliegender Elastomerschicht, die zwischen Oberbau und Untergrund liegt, ist aus der DE 10 2006 013 851 A1 bekannt und dient der Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen.
Matten aus Polyurethan oder aus Kautschuk können fertigungstechnisch auf passende Federkonstante bzw. Elastizitätsmodul eingestellt werden, um bei einem Eisenbahnoberbau ein Masse-Feder-System mit einer niedrigen Abstimmungsfrequenz unterhalb von 100 Hz zu erzeugen, jedoch ist die Herstellung derartiger Matten ziemlich teuer.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine federnde Matte für den Eisenbahnoberbau bereitzustellen, deren Federungsverhalten in dem mit dem Eisenbahnoberbau gebildeten Masse-Feder-System zu einer niedrigen Abstimmungsfrequenz unterhalb 100 Hz führt und deren Herstellung niedrige Kosten verursacht.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als federnde Matte eine Gleisbettmatte aus mit Polyurethan gebundenem Gummi-Recyclingmaterial besteht. Ferner sind in der Matte quer zur Ebene der Matte Lochungen angebracht, die über die Oberfläche verteilt angeordnet sind und ein Raster bilden können sowie einen Volumenanteil im Bereich von 10 bis 40% am Volumen der Matte ausmachen. Die Gleisbettmatten sind vorzugsweise mit einer Dichte im Bereich von 360 bis 580 kg/m³ für den Straßenbahnbetrieb und im Bereich von 580 bis 700 kg/m3 für den Vollbahnbereich ausgebildet. Die Plattendicke liegt im Bereich von 10 bis 50 mm.
Das Ausgangsmaterial zur Herstellung der federnden Matten kann preisgünstig beschafft werden, und auch die Herstellung von gelochten Matten oder Platten ist nicht teuer. Während eine Vollmaterial-Matte oder -Platte aus mit Polyurethan gebundenem Gummi-Recyclingmaterial tendenziell eine zu geringe Nachgiebigkeit zeigt, was nicht den gewünschten Federeigenschaften entspricht, wenn die notwendige Tragfähigkeit mit ins Kalkül gezogen wird, wird durch die Lochungen eine federnde Nachgiebigkeit der gelochten Matte oder Platte geschaffen, die der gewünschten Federeigenschaft entspricht, während gleichzeitig die notwendige Tragfähigkeit erreicht wird. Dies wird dadurch möglich, dass sich lochnahes Material der Matte bei dynamischer Belastung in den Raum der Lochungen hinein verdrängen lässt, wobei jedoch bei dynamischer Entlastung das in den Lochraum verdrängte Material wieder in seine Ursprungsstellung federnd zurückkehrt. Die Matte zeigt so insgesamt das Verhalten einer weichen Feder, während die Tragfähigkeit der Matte den Belastungen des Fahrbetriebs auf den Gleisen standhält.
Die Weite der Lochungen ist in einem großen Bereich frei wählbar. Für die Herstellung der gelochten Matten ist ein Bereich der Durchmesser von 5 bis 30 mm gut geeignet.
Das Federungsverhalten der gelochten Matte oder Platte kann mit dem sogenannten Bettungsmodul beschrieben werden. Der statische Bettungsmodul (für statische Belastungen) sollte im Bereich von 0,005 bis 0,08 N/mm² und der dynamische Bettungsmodul im Bereich von 0,02 bis 0,1 N/mm² liegen. Ein hervorragend guter Wert des statischen Bettungsmoduls ist 0,014 N/mm² und des dynamischen Bettungsmoduls 0,04 N/mm² bei 23 mm Materialdicke. Bei einer Spannung σ von 0,025 N/mm² senkt sich die Matte etwa 1,7 mm ein. (Im Vergleich: Eine Lagerungsplatte von 65 Shore A senkt sich bei der gleichen Belastung nur 0,2 mm ein.) Vorzugsweise genügt es, wenn die maximal zulässige Druckspannung der Gleisbettmatte kleiner als 2 N/mm² ist.
Zur Erzielung des niedrigen Bettungsmoduls ist es günstig, wenn das Gummi-Recyclingmaterial faseriges Material enthält, wie es beim Zerkleinern von Altreifen anfällt. Die so gewonnenen Gummifasern können in einem Längenbereich von 1 bis 20 mm zugegen sein und einen Anteil zwischen 20 und 90% an Mattenmaterial ausmachen. Gummigranulate in einer Körnung zwischen 1 und 5 mm können einen Anteil im Bereich bis zu 60% an dem Mattenmaterial ausmachen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Eisenbahnoberbau,
2 einen Querschnitt durch eine Fahrbahn mit Straßenbahnschiene und
3 eine gelochte Gleisbettmatte.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Der in 1 dargestellte Eisenbahnoberbau bildet ein Gleis mit zwei Schienen 1, mit Betonschwellen 9 und einer Schotterschicht 6. Unterhalb der Schotterschicht 6 kann sich eine Folie oder ein Gewebe 7 erstrecken, wie es bekannt ist. Der Eisenbahnoberbau wird zum Untergrund 8 hin durch eine Gleisbettmatte 10 abgeschlossen, die sich in Länge und Breite unter der gesamten Schotterschicht 6 erstreckt und aus mit Polyurethan gebundenem Gummi-Recyclingmaterial besteht, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
Die Gleisbettmatte 10 wird aus einzelnen Platten von z. B. 2000 × 1000 mm Abmessung, gegebenenfalls unter Verschnitt, zusammengesetzt. Um eine gleichmäßige Einbettung zu erzielen, wird die Gleisbettmatte bevorzugt in zwei Lagen mit sich nicht überschneidenden Stößen angewendet. Die Dicke eines Schotterbetts beträgt 300 bis 390 mm in Abhängigkeit von der Entwurfsgeschwindigkeit und kann in zwei Schichten unterteilt werden, mit der einen Lage der Gleisbettmatte als Zwischenlage und der anderen Lage als Unterlager des Schotterbettes. Die elastische Nachgiebigkeit der beiden Lagen ist so bemessen, dass sich die gewünschte Einbettung ergibt. Hierzu werden die Plattendicke und die Plattendichte unter Berücksichtigung des Volumenanteils der Lochungen 11 für die jeweiligen Anwendungsbereiche passend gewählt.
Die in 2 dargestellte Fahrbahn ist schichtweise aufgebaut und enthält Straßenbahnschienen 1, die bei zwischengefügten Kammerfüllelementen 2 in eine Pflasterschicht als Fahrbahndecke 3 einbezogen ist. Die Schienen 1 sind auf einer Betonplatte 5 befestigt, die eine Dicke zwischen 200 und 400 mm aufweisen kann. Zwischen Schienenfuß und Betonplatte 5 ist eine elastische Lagerungsplatte 4 gefügt, um die Schallerzeugung beim Befahren der Straßenbahnschiene zu vermindern.
Die Gleisbettmatte 10 ist in 3 näher dargestellt und weist eine Plattendicke im Bereich von 10 bis 50 mm auf. Die Abmessungen richten sich nach der Anwendung und kann Platten mit Längen von 1000 bis 2000 mm und Breiten von 500 bis 1000 mm umfassen. In dem Plattenkörper quer zur Plattenebene sind regelmäßig Lochungen 11 angebracht, die durchgehend oder als Sacklöcher ausgebildet sind. Das Volumen der Lochungen 11 beträgt 10 bis 40% des Plattenvolumens der Matten 10. Der Lochungsdurchmesser liegt im Bereich von 5 bis 30 mm.
Die Matten werden aus recyceltem Gummi hergestellt, das durch Polyurethan gebunden wird. Man presst zunächst dickere Blöcke und spaltet in einem späteren Verfahrensschritt einzelne Platten mit gewünschter Dicke ab. Mit der Pressung des Blockes werden gleichzeitig die Lochungen 11 angebracht, indem Pressstempel durch die Bohrungen einer Werkzeug-Lochplatte hindurch in das noch nicht ausgehärtete Material des Blockes hineingepresst werden. Auf diese Weise sind die Lochungen 11 mit einer Gießhaut umgeben, was für die Qualität der Matte von Bedeutung ist. Die Herstellung erfolgt unter einem gewissen Pressdruck, um eine gewünschte Dichte der Platte im Hinblick auf ihre jeweilige Anwendung zu erzielen. Das jeweils genaue Maß der Dichte wird mit Rücksicht auf die erforderliche Tragfähigkeit und die gewünschte Nachgiebigkeit der Matte eingestellt. Je dichter die Matte, umso weniger nachgiebig ist sie. Andererseits müssen die statischen und dynamischen Belastungen von der Matte bewältigt werden, was wiederum eine gewisse Dichte der Stege 12 zwischen den Lochungen 11 erforderlich macht. Rezeptur des Mattenmaterials

Gewichtsanteile

Fasern 20–90%

Granulat 1–5 mm Körnung 0–60%

Polyurethane MDI Prepolymer 3–15%

Polyole 3–15%.

Beispiel

Gewichtsanteile

Fasern 1–5 mm lang 24%

Fasern 8–20 mm lang 5%

Granulat 1–5 mm Körnung 55%

Polyurethane MDI Prepolymer 8%

Polyole 8%.
Es wurde eine gelochte unbewehrte Matte einer Dichte von 480 kg/m³ mit einer Dicke von 23 mm und mit Lochungen von 15 mm Durchmesser hergestellt. Die Nachgiebigkeit der Gleisbettmatte wird durch den Bettungsmodul nach DIN 45673-7 gemessen. Bei dem Ausführungsbeispiel betrug der statische Bettungsmodul C_stat ~0,014 N/mm² bei σ = 0,025 N/mm². Der dynamische Bettungsmodul betrug ~0,04 N/mm² bei σ = 0,03 N/mm² und 40 Hz. Die maximal zulässige Druckspannung bei dieser Matte betrug 0,15 N/mm².
Die speziell beschriebene Matte ist für die elastische Lagerung und Körperschallminderung von Bauwerken und Gleisfahrwegen geeignet. Es wird in dieser Umgebung ein Masse-Feder-System geschaffen, mit dem das relevante Einfügedämmmaß infolge der geringen Bettungsmodule der Matte erreicht wird. Im statischen Bereich liegt die Einsenkung der gelochten Matte bei einer Spannung σ von 0,025 N/mm² bei etwa 1,7 mm und erfüllt damit das Kriterium eines statischen Bettungsmoduls C_stat von 0,014 N/mm³ bei 23 mm Materialstärke.
Es sei bemerkt, dass die elastische Lagerungsplatte 4 aus einer Polyurethanplatte oder einer Gummiplatte mit einer Shore-Härte A von 65 bestehen kann, um die erhebliche Flächenlast am Schienenfuß aufzunehmen. Bei einer solchen Platte stellt sich einen Einsenkung ein, die 10-fach kleiner ist, als sich bei der gleichen Last einstellen würde, wenn eine gleich bemessene Platte der Mattenausbildung 10 verwendet werden würde. Deshalb sind Lagerplatten 4 ungeeignet als Gleisbettmatten 10, es fehlt an der nötigen Nachgiebigkeit. Umgekehrt sind Platten nach Art der Gleisbettmatten 10 ungeeignet als Lagerplatten 4, weil ihre zulässige Druckspannung zu klein für die erheblichen Lasten unterhalb des Schienenfußes sind.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0922808 A2 [0002]
DE 19952803 A1 [0003]
DE 102006013851 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 45673-7 [0021]

Claims

Eisenbahnoberbau, umfassend: ein Gleistragsystem (5, 6; 9), auf diesem montierte Schienen (1) und eine Gleisbettmatte (10) als fortlaufende Unterlage des Gleistragsystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) aus mit Polyurethan gebundenem Gummi-Recyclingmaterial besteht und quer zur Mattenebene Lochungen (11) aufweist, die über die Mattenoberfläche verteilt angebracht sind.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1, wobei die Lochungen (11) einen Volumenanteil von 10% bis 40% des Mattenvolumens ergeben.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) eine Dichte im Bereich von 360 bis 580 kg/m³ aufweist.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) eine Dichte im Bereich von 580 bis 700 kg/m³ aufweist.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) eine Mattendicke im Bereich von 10 bis 50 mm aufweist.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) einen niedrigen Bettungsmodul für statische Belastungen im Bereich von 0,005 bis 0,08 N/mm² und für dynamische Belastungen im Bereich von 0,02 bis 0,1 N/mm² aufweist.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Bettungsmodul C_stat 0,014 N/mm² ± 0,0028 N/mm² beträgt.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dynamische Bettungsmodul C_dyn 0,04 N/mm² ± 0,008 N/mm² beträgt.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdurchmesser im Bereich von 5 bis 30 mm liegt.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Recyclingmaterial Gummifasern und Gummigranulate enthält.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummifasern eine Länge im Bereich von 1 bis 20 mm aufweisen und einen Gewichtsanteil im Bereich von wenigstens 20% bis zu 90% am Mattenmaterial ausmachen.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummigranulate eine Körnung im Bereich von 1 bis 5 mm aufweisen und einen Gewichtsanteil im Bereich von 0% bis 60% am Mattenmaterial ausmachen.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummifasern in Längen von T₂ = 1 bis 5 mm und T₃ = 8 bis 20 mm vorliegen.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan einen Gewichtsanteil im Bereich von 3 bis 15% aufweist.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) aus einzelnen, aneinander gereihten Platten aufgebaut ist.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten Längenmaße im Bereich von 1000 bis 2000 mm und Breitenmaße im Bereich von 500 bis 1000 mm aufweisen.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lagen von Platten vorgesehen sind, deren Stöße sich nicht überschneiden.
Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisbettmatte (10) sich in voller Länge und Breite des Gleisbetts erstreckt.