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Die Erfindung betrifft eine Unterschottermatte zum Einsatz im Oberbau eines Gleisbettes.
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Unterschottermatten werden dazu eingesetzt, um in einem Gleisbett eine schall- und stoßdämpfende Wirkung zu erzielen. Grundsätzliche Anforderungen an solche Unterschottermatten sind dabei eine ausreichende Tragfähigkeit bei zugleich an die hohen Flächenlasten bei Überfahrt eines Zuges angepassten elastisch rückstellenden Eigenschaften. Weiterhin ist es erforderlich, dass Unterschottermatten ihre Eigenschaften über einen langen Zeitraum unverändert beibehalten und dies auch unter dem Einfluss der jahreszeitlichen Witterungseinflüsse sichergestellt ist.
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DE 29 11 319 ist ein Stoßdämpfungselement bekannt, welches auch als Schotterbettlagerung von Gleiskörpern eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck wird ein Verbundkörper aus porösen Polyurethanschaumteilchen vorgeschlagen, der mit einem Bindemittelanteil von zumindest 5 Gew.-% und maximal 25 Gew.-% eines Polyurethanklebstoffs gebunden ist. Es hat sich gezeigt, dass mit einer solcherart aufgebauten Unterschottermatte die Anforderungen an heutzutage auftretende Gleisbelastungen durch gestiegene Achslasten und Geschwindigkeiten nicht erfüllt werden können. Insbesondere wird bei Unterschottermatten dieser Bauweise eine zunehmende Schotterkornzertrümmerung beobachtet. Zudem eignet sich diese Unterschottermatte nicht für den Einsatz in Übergangsbereichen zwischen einem steifen und einem weniger steifen Gleisunterbau, da sie den dort auftretenden Beanspruchungssprüngen nicht in ausreichender Weise langfristig widerstehen kann.
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DE 38 32 677 A1 ist ein System zur elastischen und schalldämmenden Lagerung von Schienen bekannt, welches u. a. eine Unterschottermatte aus Gummi oder einem gummiähnlichen Werkstoff beinhaltet. Das solcherart vorbekannte System umfasst ein aus Vollmaterial gefertigtes Dämpfungselement und wird gebildet aus einer Kombination eines spezifischen Gummi-Metall-Schienenlagers mit der vorbezeichneten Unterschottermatte. Das solcherart beschriebene System hat sich als aufwändig in der Gleisbettherstellung erwiesen. Es ist zudem und nicht ausreichend tragfähig für hohe Achslasten und kann daher nicht auf Hauptstrecken oder viel befahrenen Nebenstrecken zum Einsatz kommen.
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DE 100 46 802 A1 ist eine Röhrenmatte bekannt, die als Unterlage für ein Gleis dient. Die Röhrenmatte wird aus einem elastomeren Werkstoff in Form eines Extrudates hergestellt. Durch die hierdurch erzielte Struktur hat sich die Röhrenmatte als grundsätzlich geeignet für eine Dämpfungswirkung erwiesen, ist jedoch in der Herstellung zu aufwändig und damit kostspielig, um wirtschaftlich über längere Streckenabschnitte im Gleisbau eingesetzt zu werden.
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DE 10 2006 013 851 A1 ist ein Gleisoberbau vorbekannt, der aus mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebaut ist. Ein Bestandteil dieses Gleisoberbaus ist eine Elastomerschicht zur Schwingungsdämpfung. Weiterhin wird vorgeschlagen, ein Geotextil zwischen die einzelnen Materialschichten einzulegen. Der solcherart erzielte Schichtaufbau aus insgesamt sieben aufeinander aufbauenden Schichten hat sich als empfindlich gegenüber Verschmutzungen erwiesen und kann somit nicht dauerhaft die gewünschten mechanischen Eigenschaften unter Einwirkung der Witterung bereitstellen. Zudem ist der Aufbau in der Herstellung aufwändig und die Qualitätssicherung im Hinblick auf die Einhaltung der vorgegebenen und für die Funktion relevanten Schichtdicken in der Praxis kaum durchführbar.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Unterschottermatte bereitzustellen, welche einerseits eine einfache und kostengünstige Verlegung im Zuge der Gleisbettherstellung ermöglicht, andererseits den hohen Anforderungen heutiger Gleisbettober- und -unterbauten gewachsen ist und sowohl den hohen Radlasten heutiger Güterzüge als auch den hohen Geschwindigkeiten heutiger Personenzüge eine funktionale Wirkung entgegenbringt, die zu einer langzeitigen Festigkeit und Stabilität des gesamten Gleisbettes führt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Unterschottermatte, umfassend eine obere Geotextillage, eine untere Geotextillage und eine zwischen der oberen und der unteren Geotextillage angeordnete elastische Zwischenlage mit einer Stärke, die größer ist als jeweils diejenige der oberen Geotextillage und diejenige der unteren Geotextillage, wobei die obere und untere Geotextillage miteinander mechanisch verbunden sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Unterschottermatte wird ein spezifischer Aufbau bereitgestellt, der eine Sandwich-Ausführung mit ober- und unterseitigem Geotextil und einer dazwischen angeordneten funktional mechanisch dämpfenden und elastisch verformbaren Zwischenschicht darstellt. Dabei wird diese Unterschottermatte durch eine Verbindung der oberen und unteren Geotextillage als vorbereitetes Einbauelement bereitgestellt und ermöglicht auf diese Weise einerseits eine in hoher Reproduzierbarkeit herstellbare Geometrie und andererseits eine einfache Handhabung auf der Gleisbaustelle beispielsweise indem die Unterschottermatte in kompakt gerollter Form transportiert und vorgehalten werden kann. Die einzelnen funktionellen Lagen der Unterschottermatte können daher in einem Schritt verlegt werden und müssen nicht, wie vermehrt im Stand der Technik, einzeln aufeinander aufgeschichtet und zueinander positioniert und fixiert werden.
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Die Unterschottermatte zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass durch eine obere und untere Geotextillage eine hohe Festigkeit gegen die Beanspruchungen durch darunter und darüber liegende Schichten, insbesondere beispielsweise eine Schotterschicht gewährleistet wird. Diese Geotextillagen dienen dabei dazu, das Eindringen von Kanten oder Spitzen der Schottersteine in die Unterschottermatte zu verhindern und erlauben es daher, ein hochelastisches Dämpfungsmaterial als Zwischenschicht einzusetzen, ohne dass hierbei die Gefahr besteht, dass dieses Dämpfungsmaterial durch den Einfluss von Kanten oder Spitzen beschädigt und folglich in seiner Wirkung herabgesetzt wird. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Unterschottermatte beruht dabei auf der Erkenntnis, dass nur dann, wenn die Unterschottermatte eine hohe elastische Nachgiebigkeit aufweist, eine Einsinkbewegung des Gleises unter Last auftritt und hierdurch eine tatsächliche Verteilung der Radlasten und der dadurch hervorgerufenen Schwellenlasten auf eine große Fläche erzielt wird. Durch diese Verteilung der Kraft auf eine große Fläche kann der Kornzertrümmerung im Schotterbett wirksam entgegengetreten werden.
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Darüber hinaus eignet sich die erfindungsgemäße Unterschottermatte in hervorragender Weise für eine Verlegung im Übergangsbereich zwischen Gleisunterbauten unterschiedlicher Steifigkeit. Dies liegt darin begründet, dass die erfindungsgemäße Unterschottermatte aufgrund der Kombination von zwei Geotextillagen, die miteinander verbunden sind und zwischen sich eine hochelastische Dämpfungsschicht einschließen, gegenüber Scherkräften in hohem Maße unempfindlich ist und folglich auch in solchen Übergangsbereichen dauerhaft seine mechanischen Eigenschaften beibehalten kann.
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Unter einer erfindungsgemäßen mechanischen Verbindung der oberen und unteren Geotextillage ist dabei zu verstehen, dass diese Geotextillagen an den Rändern und/oder im Mittelbereich miteinander solcherart verbunden sind, dass von der oberen auf die untere Geotextillage eine mechanische Kraft, insbesondere eine Zugkraft und eine Scherkraft übertragen werden kann. Dies kann erreicht werden, indem die obere und untere Geotextillage unmittelbar miteinander verbunden, beispielsweise vernadelt, vernäht oder verklebt sind. Insbesondere ist es bevorzugt, die beiden Geotextillagen solcherart miteinander mechanisch zu verbinden, dass diese mittels entsprechender Verbindungselemente in einem Abstand zueinander verbunden sind, um eine Mindestschichtdicke der Zwischenlage an jeder Stelle der erfindungsgemäßen Unterschottermatte sicherzustellen und gleichzeitig die obere und untere Geotextillage sowie die Zwischenlage zuverlässig zueinander fixieren zu können. Dies kann effizient und zuverlässig durch eine Vernadelung erreicht werden, bei der Fasern aus der oberen Geotextillage durch die Zwischenlage hindurch gestoßen und in der unteren Geotextillage befestigt werden. Erfindungsgemäß können auch mehrere solcher Verbindungsmethoden miteinander kombiniert werden.
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Erfindungsgemäß sind zumindest drei Schichten vorhanden, dies bedeutet, dass drei oder mehr Schichten in der erfindungsgemäße Unterschottermatte vorhanden sind. Dabei können die mehreren Schichten auch mit voneinander abweichenden Verfahren miteinander verbunden sein, beispielsweise können auf drei miteinander vernadelte Schichten weitere Schichten aufgeklebt sein.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die elastische Zwischenlage aus Kunststoff gebildet ist, insbesondere aus Kunststoffgranulat. Durch eine solcherart gebildete Zwischenlage wird eine hohe Elastizität bei zugleich geringem Gewicht ermöglicht. Weiterhin eröffnet eine solche Art Zwischenlage die Möglichkeit, eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien in homogener Form oder Mischform einzusetzen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften der Zwischenschicht einzustellen.
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Insbesondere ist es weiterhin bevorzugt, wenn die elastische Zwischenlage aus einem durch Recycling gewonnen Kunststoffgranulat besteht. Unter einem solchen Kunststoffgranulat soll insbesondere ein Gummigranulat aus beispielsweise recycelten Altreifen oder anderem Gummi verstanden werden. Insbesondere können auch Mischformen vorgesehen sein, bei denen die Zwischenlage teilweise aus einem recycelten Kunststoffgranulat, teilweise aus einem spezifisch synthetisierten Kunststoffgranulat besteht. Durch die Verwendung von recyceltem Kunststoffgranulat wird grundsätzlich auf Kunststoffe, insbesondere Gummiwerkstoffe zurückgegriffen, die bereits einen längeren Zeitraum seit ihrer Herstellung im Einsatz waren und folglich aufgrund von Alterung einen stabilen, mechanischen Zustand erreicht haben, für den keine weitere Veränderung im Zeitverlauf zu erwarten ist. Solche bereits gealterten Kunststoffgranulate, insbesondere Gummigranulate, eignen sich in besonders günstiger Weise dazu, um eine angestrebte mechanische Dämpfungseigenschaft einer Zwischenschicht einzustellen und diese über einen langen Zeitraum unverändert beizubehalten. Dabei kann durch die Wahl der Granulatkorngröße und des Granulatanteils pro Volumeneinheit der Zwischenlage ein spezifischer Dämpfungswert und eine spezifische elastische Verformbarkeit der Zwischenlage erreicht werden. Schließlich liegt in der Verwendung von Recyclinggranulat der weitere Vorteil, dass hierdurch eine kostengünstige Fertigung der Unterschottermatte eröffnet wird und diese sich folglich für den Einsatz in langen Streckenabschnitten eignet.
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Noch weiter ist es bevorzugt, dass die elastische Zwischenlage aus Kunststoffgranulat besteht und die Granulatkörner in der Zwischenlage relativ zueinander beweglich, insbesondere ungebunden vorliegen. Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders hohe Elastizität und Nachgiebigkeit der Zwischenlage erreicht, die eine in hohem Maße wirksame Dämpfung im Gleisoberbau erzielt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die obere und untere Geotextillage miteinander und/oder mit der Zwischenlage in mehreren voneinander beabstandeten Bereichen mechanisch verbunden sind. Durch eine solche Verbindungsweise zwischen oberer und unterer Geotextillage wird eine sowohl hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit als auch hinsichtlich ihrer Materialstärkenkonstanz besonders günstige Unterschottermatte bereitgestellt. Zudem wird eine Übertragung von Zug- und/oder Scherkräften zwischen den geotextillagen und der Zwischenlage ermöglicht.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass die obere und untere Geotextillage mittels mehrerer in einer Reihe oder versetzt nebeneinander und in einer Spalte oder versetzt hintereinander angeordneten Verbindungselementen miteinander verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung wird eine Art Verbindungsmatrix bereitgestellt, bei der in größeren oder kleineren Abständen zueinander die obere und untere Geotextillage durch die Zwischenlage hindurch miteinander verbunden sind. Hierzu werden die Verbindungselemente an den entsprechenden Verbindungspunkten eingesetzt, wobei zu verstehen ist, dass ein Verbindungselement aus einer Geotextillage heraus ausgebildet sein kann, ein in sich isoliertes Element sein kann und die Verbindungselemente untereinander verbunden sein können, beispielsweise in Form einer durchgehenden Faser, eines durchgehenden Faserbündels oder eines Fadens, der von einer Verbindungsstelle zur nächsten Verbindungsstelle geführt wird. Mit dieser Verbindungsweise wird wirksam ein in sich fester Gesamtverbund der drei Lagen erzielt.
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Noch weiter ist es bevorzugt, dass die obere und untere Geotextillage mittels Verbindungselementen miteinander verbunden sind, die an ihrem ersten Ende mit der oberen Textillage und an ihrem zweiten Ende mit der unteren Textillage verbunden sind und die eine Länge von dem ersten zum zweiten Ende aufweisen, die etwa der Stärke der elastischen Zwischenlage entspricht, insbesondere etwa 70 bis 90%, vorzugsweise 80% der Dicke der elastischen Zwischenlage entspricht. Mit dieser Ausgestaltung wird eine Unterschottermatte bereitgestellt, die nicht oder nur unwesentlich durch die Verbindung zwischen oberer und unterer Geotextillage in ihrer Stärke lokal verändert wird und folglich insgesamt eine über ihre Fläche homogene Dämpfungswirkung aufweist.
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Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die obere und untere Geotextillage miteinander vernadelt oder vernäht sind. Durch eine Vernähung wird ein unmittelbarer Kontakt der Geotextillagen miteinander erzielt, der zwar hinsichtlich der dort reduzierten Dämpfungswirkung nachteilhaft ist, jedoch aufgrund einer vereinfachten Fertigung und robusten Ausgestaltung in bestimmten Anwendungen vorteilhaft sind. Insbesondere bevorzugt ist eine Vernadelung der oberen und unteren Geotextillage, da hierdurch zugleich eine hohe Belastbarkeit bei erhaltener Materialstärke der Zwischenlage ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die obere und untere Geotextillage aus einem Vliesstoff, insbesondere einem Stapelfaservliesstoff, oder einem Gewebe, einem Gewirke oder mehrschichtige Kombination hieraus besteht. Mit einer solchen Geotextillage kann in einer hochwirksamen Weise die Zwischenlage vor Witterungseinflüssen geschützt werden, insbesondere kann durch entsprechende Ausgestaltung des Vliesstoffes, Gewebes bzw. Gewirkes das Eindringen von Verschmutzungen in die Zwischenlage verhindert werden und auf diese Weise eine dauerhafte Dämpfungswirkung der Unterschottermatte sichergestellt werden. Darüber hinaus eignet sich ein Vliesstoff, insbesondere Stapelfaservliesstoff oder ein Gewebe oder Gewirke in besonders günstiger Weise für eine Vernadelung und kann in robuster und belastbarer Weise durch diese Verbindungstechnik unter Erhalt der Materialstärke der Zwischenlage miteinander verbunden werden.
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Noch weiter ist es bevorzugt, dass die Unterschottermatte in Verlaufsrichtung der Geotextillage und/oder senkrecht zur Geotextillage wasserdurchlässig ist. Mit dieser Ausgestaltung wird eine Unterschottermatte bereitgestellt, die keinen maßgeblichen Einfluss auf die Drainagewirkung und Drainagerichtungen des gesamten Gleisoberbaus und Gleisunterbaus nimmt und sich insoweit störungsfrei in ein Frostschutzsicherungskonzept eines Gleisbettes einfügen lässt.
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Die erfindungsgemäße Unterschottermatte wird bevorzugt in einem Verfahren zur Herstellung eines Gleisbettes eingesetzt, welches die Schritte aufweist: Herstellen eines Gleisbettunterbaus, Herstellen eines Gleisbettoberbaus, mit Einbringen einer Schotterschicht in den Gleisbettoberbau, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass in einem weiteren Schritt eine Unterschottermatte nach der zuvor beschriebenen Bauweise eingebracht wird, insbesondere in den Gleisbettoberbau oder zwischen Gleisbettober- und unterbau.
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Dabei kann das Verfahren insbesondere dadurch fortgebildet werden, dass die Unterschottermatte zwischen der Schotterschicht und dem Gleisbettunterbau oder zwischen der Schotterschicht und einer in den Gleisbettoberbau eingebrachten Planumschutzschicht oder zwischen einer in den Gleisbettoberbau eingebrachten Planumschutzschicht und dem Gleisbettunterbau eingebracht wird. Schließlich ist ein weiterer Aspekt der Erfindung die Verwendung einer zuvor beschriebenen Unterschottermatte zur Herstellung eines Gleisbettes.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Unterschottermatte,
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2 eine perspektivische Draufsicht auf die Unterschottermatte gemäß zuvoriger 1, und
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3 einen Querschnitt durch ein Gleisbett, welches mit einer erfindungsgemäßen Unterschottermatte ausgerüstet ist.
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Die in 1 und 2 gezeigte Unterschottermatte besteht aus einer oberseitigen Geotextillage 10, die ein Stapelfaservlies aus Polypropylen ist, welches mechanisch verfestigt ist. Die Flächenmasse dieser oberen Geotextillage 10 liegt zwischen 200 und 1000, insbesondere 300 und 600 g/m2.
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Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Unterschottermatte eine untere Geotextillage 30, die ebenfalls als mechanisch verfestigtes Stapelfaservlies aus Polypropylen ausgeführt ist und eine Flächenmasse von 450 g/m2 aufweist. Zusätzlich ist bei der unteren Geotextillage ein Polypropylen-Gewebe 31 mit einer Flächenmasse von 100 g/m2 angeordnet.
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Die obere und untere Geotextillage sind miteinander durch eine Vernadelung 50 verbunden, wobei die Vernadelung solcherart dimensioniert ist, dass hierdurch die Materialstärke einer dazwischenliegenden Zwischenlage nicht maßgeblich reduziert wird.
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Zwischen der oberen und unteren Geotextillage ist eine mechanisch dämpfende Zwischenlage 20 angeordnet. Diese Zwischenlage besteht aus einer Granulatmischung aus Recycling-SBR-Gummigranulat und Naturkautschukgranulat. Die Granulatkörner weisen eine Größe von 0,2–5, insbesondere 0,5–2 mm auf.
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Insgesamt sind für die Zwischenlage 20 Füllmengen von 3–7 kg/m2 vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Dimensionierung der erfindungsgemäßen Unterschottermatte eine dauerhaft günstige Dämpfungswirkung bei Einsatz in einem Gleisbettoberbau erzielt wird. Die Unterschottermatte erreicht einen Sekantenmodul, der zwischen 0,1 und 0,25 N/mm3 liegt und kann durch diese Eigenschaft eine Kornzertrümmerung im Schotterbett wirksam verhindern und auf diese Weise Setzungserscheinungen im Gleichbett entgegenwirken. Durch die Geotextillagen wird zusätzlich eine Trenn- und Filterstabilität zum Gleisschotter und zu bindigen Böden erreicht, ohne dass hierzu die Wasserdurchlässigkeit des gesamten Gleisbettes nachteilig beeinflusst wird.
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3 zeigt eine bevorzugte Einbauform der erfindungsgemäßen Unterschottermatte. Gezeigt ist ein typischer Gleisbettaufbau, der auf einem insoweit vorbereiteten Gleisunterbau 100 zunächst eine Planumschutzschicht (PSS) 110 vorsieht. Auf dieser Planumschutzschicht ist die erfindungsgemäße Unterschottermatte 120 aufgelegt und auf dieser Unterschottermatte 120 dann ein Gleisschotterbett 130 angeordnet. In das Gleisschotterbett werden unmittelbar die Schwellen 140 des Gleises eingesetzt und hierdurch eine zuverlässige Verankerung des Gleises im Gleisbett 100–130 erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2911319 [0003]
- DE 3832677 A1 [0004]
- DE 10046802 A1 [0005]
- DE 102006013851 A1 [0006]
