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Die Erfindung betrifft ein Plattenelement, das zum Führen einer Schiene in einem Schienenbefestigungspunkt vorgesehen und aus Kunststoff hergestellt ist.
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Moderne Schienenbefestigungen, die insbesondere im Bereich des Schwerlastverkehrs oder an Hochgeschwindigkeitsstrecken eingesetzt werden, umfassen regelmäßig verschiedene aus Kunststoff hergestellte, plattenförmige Bauelemente, die zum Abstützen und Führen der zu befestigenden Schiene dienen.
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Zu solchen plattenförmigen Bauelementen für Schienenbefestigungen zählen die in der Fachsprache so genannten ”Führungsplatten”, ”Unterlegplatten”, ”Winkelführungsplatten”, ”Zwischenplatten”, ”Druckverteilungsplatten” oder ”Rippenplatten”.
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Führungsplatten der hier in Rede stehenden Art erfüllen als Teil eines Systems zur Befestigung einer Schiene für Schienenfahrzeuge in der Praxis eine Doppelfunktion. Zum einen dienen sie zum seitlichen Führen der Schiene und nehmen in ihrer fertig im Gleis montierten Stellung die Querkräfte auf, die beim Überfahren der jeweils abgestützten Schiene im jeweiligen Befestigungspunkt auftreten. Zum anderen ist auf den Führungsplatten in der Regel ein Federelement abgestützt und geführt, das die erforderliche elastische Niederhaltekraft ausübt, welche die Schiene gegen den jeweiligen Untergrund drückt.
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Um diese Doppelfunktion zu erfüllen, weisen bekannte Führungsplatten üblicherweise eine in fertig montierter Position gegen den Fuß der zu befestigenden Schiene wirkende Anlagefläche auf, gegen die die Schiene beim Überfahren durch ein Schienenfahrzeug wirkt. Die Abstützung der Führungsplatte gegen den jeweiligen die Schiene tragenden Untergrund erfolgt dabei entweder über eine Stützfläche, die an der zur Anlagefläche gegenüberliegenden, von der Schiene abgewandten Seite der Führungsplatte ausgebildet ist und gegen eine an dem jeweiligen Untergrund ausgebildete Schulter wirkt, oder mindestens ein Befestigungselement, das die Führungsplatte fest mit dem jeweiligen Untergrund verbindet.
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Im Fall, dass die Führungsplatte als sogenannte ”Winkelführungsplatte” ausgebildet ist, kann zusätzlich an der Unterseite der Führungsplatte ein sich in Längsrichtung der Führungsplatte erstreckender Absatz ausgebildet sein, der in Montagestellung formschlüssig in einer entsprechend geformten Ausnehmung des Untergrunds sitzt. Auf diese Weise ist die Lage der Führungsplatte quer zur Längserstreckung der Schiene fixiert.
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Um gleichzeitig die auf der Führungsplatte angeordnete Feder gegen den Untergrund verspannen zu können, ist in die heute üblichen Führungsplatten regelmäßig eine von deren Oberseite bis zu deren Unterseite führende Durchgangsöffnung eingeformt. Durch diese Durchgangsöffnung wird das zum Spannen des jeweiligen Federelements benötigte Spannelement gesteckt, um es mit dem die Schiene tragenden Untergrund zu verkoppeln. In der Regel dient als Spannelement dabei eine Schraube oder ein Schraubenbolzen, die in einen in den Untergrund eingesetzten Dübel geschraubt werden.
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Um sie auf einfache Weise transportieren, lagern und montieren zu können, wird neben einer für ihre voranstehend erläuterte Doppelfunktion ausreichend hohen Belastbarkeit von Führungsplatten der in Rede stehenden Art grundsätzlich ein geringes Gewicht verlangt. Diese Anforderung kann dadurch erfüllt werden, dass die Führungsplatten aus einem widerstandsfähigen, robusten Kunststoffmaterial gefertigt werden. Beispiele für solche Führungsplatten sind in der
DE 102 54 679 B4 , der
DE 41 01 198 C1 oder der
DE 20 2004 020 816 U1 beschrieben.
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Unterlegplatten, Zwischenplatten, Druckverteilungsplatten oder Rippenplatten werden bei Schienenbefestigungssystemen der in Rede stehenden Art eingesetzt, um die beim Überfahren des mit einem solchen Befestigungssystem gebildeten Befestigungspunkts in Schwerkraftrichtung auftretenden Belastungen großflächig und gleichmäßig auf den Untergrund zu übertragen, auf dem der Befestigungspunkt errichtet ist. Abhängig von den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten und ihrer Montageposition innerhalb des jeweiligen Schienenbefestigungssystems erstrecken sie sich zu diesem Zweck mindestens über die quer zur Längserstreckung der Schiene gemessene Breite des Schienenfußes oder stehen seitlich darüber hinaus. Dabei liegen die betreffenden Platten entweder direkt auf dem jeweiligen Untergrund auf oder sind über ein oder mehrere Zwischenlagen auf dem Untergrund abgestützt. Auch werden aus unterschiedlichen Platten und aus elastischem Material bestehenden Zwischenlagen mehrlagige Pakete gebildet, durch die eine, einerseits eine gleichmäßige Verteilung der auftretenden Belastungen und andererseits die für eine lange Lebensdauer der zu befestigenden Schiene erforderliche Elastizität, erforderliche elastische Nachgiebigkeit des Befestigungspunkts in Schwerkraftrichtung gewährleistet ist.
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Rippenplatten stellen einen Spezialfall der plattenförmigen Bauelemente für Schienenbefestigungen dar. An ihrer in Montagestellung freien Oberseite sind zwei parallel zueinander ausgerichtete, sich in Längsrichtung der zu befestigenden Schiene erstreckende Rippen ausgebildet, die zwischen sich die Aufstandfläche begrenzen, auf der in Montagestellung die zu befestigende Schiene mit ihrem Schienenfuß steht. Die Rippen sind dabei so zueinander beabstandet, dass sie den Schienenfuß seitlich führen und die beim Überfahren des durch das jeweilige Schienenbefestigungssystem gebildeten Befestigungspunkts auftretenden Querkräfte aufnehmen.
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In der Praxis werden aus Kunststoff bestehende Plattenelemente der hier in Rede stehenden Art üblicherweise durch Spritzgießen hergestellt. Auch wenn sich Kunststoff-Plattenelemente in der Praxis durchgesetzt haben, besteht dabei ein grundsätzliches Problem darin, dass es sich beispielsweise bei den Führungsplatten, Unterlegplatten oder Rippenplatten um vergleichbar massive Teile mit großen Wanddicken und Materialvolumina handelt. Diese massive Gestaltung ist nach bestehender Auffassung notwendig, damit die Plattenelemente die im praktischen Einsatz auftretenden hohen Kräfte aufnehmen können und genügend Fläche zum Abstützen der Schiene oder der anderen Elemente eines Schienenbefestigungssystems, wie beispielweise des jeweiligen Federelements, bieten.
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In Folge ihrer großen Wanddicken und Materialvolumina sind für die Fertigung der bekannten Plattenelemente vergleichbar lange Prozesszeiten erforderlich. Darüber hinaus wirken sie sich aufgrund von Vermischungs- und Abkühlungsproblemen ungünstig auf die Festigkeit aus. Infolgedessen ist neben den langen Prozesszeiten eine aufwändige Prozessführung erforderlich, um eine optimale Verteilung der Festigkeit über das gesamte Volumen der Plattenelemente zu gewährleisten und insbesondere Festigkeitseinbußen im Bereich der sich beim Spritzgießen bildenden Bindenähte zu vermeiden.
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Es ist zwar möglich, das benötigte Materialvolumen durch eine filigranere, an die jeweils tatsächlich auftretenden Belastungen optimal abgepasste Gestaltung zu minimieren. Eine derart optimierte Gestaltung resultiert jedoch regelmäßig in einer komplexen Formgebung, welche ebenfalls hohe Anforderungen bei der großtechnischen Erzeugung im Spritzgießverfahren mit sich bringt. Hinzu kommt bei Plattenelementen, in die Öffnungen eingeformt sind, wie dies beispielsweise bei spritzgegossenen Kunststoff-Führungsplatten, in die eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des zum Spannen des Federelements benötigten Spannelements eingeformt ist, der Fall ist, das generelle Problem, dass der in die jeweilige Gussform eingefüllte schmelzflüssige Kunststoff beim Umfließen des zum Abbilden des Durchgangslochs erforderlichen Kerns eine Bindenaht bildet. Der Kern wirkt beim Spritzgießen wie ein Strömungsteiler, an dem die anströmende Kunststoffschmelze zunächst in zwei Teilströme geteilt wird. Diese Teilströme werden in Strömungsrichtung hinter dem Kern wieder zusammengeführt und bilden eine so genannte ”Bindenaht”. Dort, wo die Schmelzenströme aufeinander treffen, entsteht eine Zone, die Bindenaht, mit einer mehr oder weniger schlechten Durchmischung der zusammentreffenden Kunststoffteilströme. Diese führt nicht nur zu einer ungünstigen Orientierung der gegebenenfalls vorhandenen Verstärkungsfasern (z. B. Glasfasern) im Kunststoffmaterial, sondern allgemein dazu, dass die polymeren Molekülketten des Kunststoffs ungünstig ausgerichtet sind und eine deutliche Störung der Gleichmäßigkeit der Verteilung der mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Spritzgussteils verursacht wird. Diese Schwächung kann zwar in gewissem Maße durch optimierte Spritzgießparameter reduziert werden, jedoch muss dazu eine weiter verlängerte Prozesszeit in Kauf genommen werden.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Plattenelement zu schaffen, das sich auf besonders einfache, kostengünstige Weise herstellen lässt und dabei optimale Gebrauchseigenschaften besitzt.
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In Bezug auf das Plattenelement ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass das Plattenelement gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Ein erfindungsgemäßes, zum Führen einer Schiene in einem Schienenbefestigungspunkt vorgesehenes Plattenelement ist in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik aus Kunststoff hergestellt.
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Erfindungsgemäß besteht nun das Plattenelement aus mindestens zwei Teilen, von denen das eine Teil an das andere Teil angespritzt ist und die Teile unlösbar stoffschlüssig und formschlüssig miteinander verbunden sind. Beispielsweise erfolgt der Formschluss dabei durch an dem einen Teil ausgebildete Hinterschnitte, die vom Werkstoff des jeweils anderen Teils hinterlaufen werden.
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Die Erfindung macht sich somit die an sich bekannte Technik des Zwei-Komponenten-Spritzgießprozesses zu Nutze, welche üblicherweise eingesetzt wird, um ein aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehendes Bauteil zu fertigen. So ist ein erfindungsgemäßes Plattenelement aus mindestens zwei Teilstücken zusammengesetzt, die miteinander so fest verbunden sind, dass sie eine nur durch Zerstörung aufteilbare Baueinheit bilden. Im Sinne der Erfindung ist mit dem Ausdruck ”bestehend aus zwei Teilen” somit gemeint, dass bei einem erfindungsgemäßen Plattenelement das eine Teil an das andere Teil angespritzt worden ist.
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Bedingt durch den hierzu erfindungsgemäß angewendeten Mehr-Komponenten-Spritzgießprozess, insbesondere Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess, sind die mindestens zwei Teile des Plattenelements durch Aufschmelzen bzw. mikroskopisch kleine Verhakungen von auf Molekülebene sich berührender Bereiche des Materials der beiden Teile unlösbar fest miteinander verbunden. Abhängig davon, aus welchen Komponenten die mindestens zwei Teile des Plattenelements dabei gefertigt sind, sind die beiden Teile am fertigen Bauteil beispielsweise durch eine unterschiedliche Farbgebung, durch eine unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit, durch unterschiedliche Eigenschaften oder Eigenschaftsverteilungen, voneinander zu unterscheiden. Auch in Fällen, in denen die beiden Teile aus identischen Werkstoffen bestehen, drückt sich darüber hinaus die im Sinne der Erfindung mindestens zweiteilige Herstellung durch eine Trennebene zwischen den Teilen aus, die in der Regel von außen durch einen leichten Grat, Oberflächenunterschiede oder ein unterschiedliches, durch das Erstarrungsverhalten des Werkstoffs bedingte Unterschiede in der optischen Erscheinung erkennbar ist.
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Den voranstehenden Erläuterungen entsprechend lässt sich ein erfindungsgemäßes Plattenelement herstellen, indem mindestens folgende Arbeitsschritte ausgeführt werden:
- – Spritzen eines ersten Teils des Plattenelements,
- – Anspritzen mindestens eines zweiten Teils an das erste Teil unter lokalem Aufschmelzen des Kunststoffmaterials des ersten Teils und daraus resultierender Verhakung von Molekülketten, so dass ein unlösbarer Stoffschluss zwischen den beiden Teilen gebildet ist.
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Durch das erfindungsgemäße Aneinanderspritzen der mindestens zwei Teile, die gemeinsam ein erfindungsgemäßes Plattenelement bilden, ergeben sich verkürzte Zykluszeiten, da die für die spritzgießtechnische Herstellung eines Kunststoffteils benötigte Fertigungszeit sich quadratisch zur Wanddicke des jeweiligen Teils verhält. So können bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise in einem Prozesszyklus in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießwerkzeug beide Teile parallel abgespritzt werden. Im Zwei-Komponenten-Spritzgieß-Prozess wird in einem ersten Teilschritt in einer ersten Kavität des Zwei-Komponenten-Werkzeugs zunächst das erste Teil, z. B. das Oberteil des Plattenelements, abgespritzt. Das Zwei-Komponenten-Werkzeug (bzw. ein Teil davon) bewegt sich daraufhin auf einer bestimmten Achse, z. B. einer Drehachse, weiter, bis es eine zweite Spritzeinheit erreicht. Von dieser wird dann in einer zweiten Kavität des Zwei-Komponenten-Werkzeugs das zweite Teil, hier also beispielsweise das Unterteil des Plattenelements, an das zuvor erzeugte erste Teil angespritzt. Gleichzeitig entsteht in der ersten Kavität wieder ein Oberteil, das dann wiederum in der zweiten Kavität mit dem Unterteil verbunden wird. Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig in einem Spritzgießzyklus im Zwei-Komponenten-Werkzeug Ober- und Unterteil spritzen. Das Oberteil befindet sich beim Abspritzen alleine in der Kavität, während das Unterteil auf das schon bestehende Oberteil gespritzt wird und das fertige Plattenelement erhalten wird. Auf diese Weise lässt sich die Zykluszeit um 50% und mehr gegenüber dem herkömmlichen Ein-Komponenten-Prozess verkürzen.
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Die erfindungsgemäße Aufteilung des Plattenelements in mindestens zwei Teile erlaubt es grundsätzlich, die für die betreffenden Teile verwendeten Kunststoffe an die jeweils auf die Teile im praktischen Einsatz wirkenden Belastungen anzupassen. So ist es beispielsweise denkbar, das Teil eines erfindungsgemäßen Plattenelements, welches in Einbauposition auf dem jeweiligen Untergrund liegt und dort unter Umständen abrasiv belastet ist, aus einem Kunststoff mit höherer Reibfestigkeit zu fertigen als das andere Teil, an dem gegebenenfalls vergleichbar komplex geformte Formelemente ausgebildet sein sollen, um dort, wie im Fall einer Führungsplatte, ein Federelement zu führen oder sich auf dem Plattenelement sammelnde Flüssigkeit gezielt abzuleiten.
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Die erhebliche Zeit- und Kosteneinsparung, die sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung und dadurch ermöglichte Herstellverfahren ergeben, wirken sich aber genauso auch bei den für übliche Anwendungen vorgesehenen Plattenelementen aus, bei denen das erste Teil und das mindestens eine weitere, an das erste Teil angespritzte Teil aus demselben Kunststoff bestehen.
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Bei dem Kunststoff, aus denen erfindungsgemäße Plattenelemente hergestellt sind, handelt es sich allgemein um thermoplastische Kunststoffe. Zu diesen zählen beispielsweise Polyamide (PA), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) oder allgemein gesagt Polymerisations- oder Polykondensationsprodukte. Damit er den im praktischen Einsatz jeweils auftretenden Belastungen sicher standhält, kann der Kunststoff faser- oder partikelverstärkt sein. So können in den Kunststoff in bekannter Weise Glasfasern oder andere geeignete Verstärkungsfasern eingearbeitet sein. Alternativ oder ergänzend können die erfindungsgemäß verwendeten Kunststoffe auch organische oder anorganische Verstärkungspartikel enthalten.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung dann aus, wenn es sich bei dem erfindungsgemäß gestalteten Plattenelement um eine Führungsplatte handelt, die dazu vorgesehen ist, in einem Schienenbefestigungspunkt die jeweils abzustützende Schiene seitlich zu führen.
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Die Teile eines erfindungsgemäßen Plattenelements können durch eine geeignete Gestaltung so ausgelegt werden, dass eine günstige Orientierung der Polymerketten und der gegebenenfalls vorhandenen Verstärkungsfasern bedingt durch die Formgebung selbsttätig eintritt. Zu diesem Zweck kann an dem einen Teil eines erfindungsgemäßen Plattenelements mindestens ein rippenartiger Vorsprung ausgebildet sein, der vom Kunststoff des anderen Teils umgeben ist. Im Fall, dass es sich bei dem Plattenelement um eine Führungsplatte handelt, ist dieser Vorsprung optimaler Weise quer, d. h. insbesondere senkrecht, zu der bei fertig montierter Führungsplatte an dem Schienenfuß anliegenden Anlagefläche der Führungsplatte ausgerichtet. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass auch die Polymerketten und die gegebenenfalls vorhandenen Verstärkungsfasern des Kunststoffs in der fertigen Führungsplatte längs zur Belastungsrichtung, d. h. quer zur Längserstreckung der jeweiligen Schiene liegen und so die im praktischen Einsatz auftretenden Kräfte sicher aufnehmen können.
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Eine im Hinblick auf die Minimierung der negativen Einflüsse der sich gegebenenfalls ergebenden Bindenaht und die angestrebte Verkürzung der Zykluszeiten besonders günstig auswirkende Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenelements ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilungsebene zwischen den Teilen des Plattenelements von einer der Seitenflächen zu einer gegenüberliegenden Seitenfläche des Plattenelements erstreckt. Im Fall, dass das erfindungsgemäße Plattenelement wie üblich eine an ihrer Unterseite ausgebildete Auflagefläche aufweist, mit der sie im fertig montierten Zustand auf einem Untergrund aufliegt, erlaubt diese Ausrichtung, die Teilungsebene zumindest über weite Abschnitte parallel zu dieser Auflagefläche auszurichten. Auf diese Weise können die beiden Teile des Plattenelements gleich dick ausgelegt werden, so dass für das Spritzen beider Teile jeweils annähernd dieselbe minimierte Prozesszeit benötigt wird.
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Alternativ ist es bei einem entsprechenden Verlauf der Teilungsebene auch möglich, die einzelnen aneinander angespritzten Teile, die gemeinsam das erfindungsgemäße Plattenelement bilden, so zu gestalten, dass der negative Einfluss der Bindenaht auf die mechanischen Eigenschaften des Plattenelements auf ein Minimum reduziert ist und so eine optimale Festigkeit des Plattenelements gewährleistet ist. Hierzu kann es zweckmäßig sein, dass die Teile, die gemeinsam das Plattenelement bilden, jeweils einen dickeren und einen dünneren Abschnitt aufweisen. Im Fall, dass eine ebene Auflagefläche an dem Plattenelement ausgebildet ist, kann sich dazu ein Abschnitt der Teilungsebene in einem geringeren Abstand zu der Auflagefläche des Plattenelements erstrecken als ein an diesen Abschnitt angrenzender anderer Abschnitt. Bei zwei Teilen, die gemeinsam ein erfindungsgemäßes Plattenelement bilden, sind die Teile in diesem Fall bevorzugt spiegelsymmetrisch geformt. Indem der Bereich des jeweiligen Teils, in dem eine Bindenaht entsteht, sehr dünnwandig gehalten wird, kann deren schwächender Einfluss auf das komplette Bauteil effektiv vermindert werden. Der korrespondierende Bereich des angespritzten Teils, dem der Anspritzpunkt zugeordnet ist, über den die Zufuhr des schmelzflüssigen Kunststoffs erfolgt, ist dann entsprechend dicker. Durch eine geeignete Anordnung des Übergangs vom dicken zum dünnen Abschnitt des jeweiligen Teils lassen sich die Ausmaße der Bindenaht und damit einhergehend ihr schwächender Einfluss auf ein Minimum reduzieren.
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In Bezug auf die Minimierung des negativen Einflusses der Bindenaht erweist es sich des Weiteren als vorteilhaft, wenn der Kunststoff des einen Teils von der einen Seite und der Kunststoff des anderen Teils von einer gegenüberliegenden Seite in die Spritzgussform eingebracht wird.
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Besonders günstig wirken sich die voranstehend erläuterten, im Spritzgusswerkzeug jeweils besonders einfach zu verwirklichenden Maßnahmen dann aus, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Plattenelement um eine Führungsplatte handelt, die in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine von ihrer Oberseite zu ihrer Unterseite führende Durchgangsöffnung aufweist, durch die im praktischen Gebrauch ein Spannelement geführt wird, um das jeweils auf der Führungsplatte abgestützte Federelement gegen den Untergrund zu verspannen, auf dem die Führungsplatte steht. Indem die Teilungsebene in der voranstehend erläuterten Weise so ausgeführt wird, dass der Übergang vom dicken in den dünnen Abschnitt des jeweiligen Teils in die Nachbarschaft der Durchgangsöffnung verlegt wird, ist der Einfluss der Bindenaht auf ein Minimum reduziert.
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Die im Zuge des Anspritzens des einen Teils an das andere Teil hergestellte unlösbare stoffschlüssige Verbindung zwischen den Teilen, die ein erfindungsgemäßes Plattenelement bilden, kann zusätzlich durch eine mechanisch wirkende Verklammerung der Teile unterstützt werden. Dies lässt sich beispielsweise dadurch bewerkstelligen, dass an dem ersten Teil mindestens ein Formteil vorhanden ist, das mit einem korrespondierend geformten Formteil des jeweils anderen Teils formschlüssig zusammenwirkt. Hierzu kann an dem einen Teil eine Ausnehmung ausgebildet sein, die beim Anspritzen vom Kunststoff des anderen Teils gefüllt wird. Zusätzlich kann die mechanische Verklammerung dadurch ergänzt werden, dass die Ausnehmung mindestens an einem Abschnitt eine Hinterschneidung aufweist, die von Kunststoff des zweiten Teils hinterlaufen ist.
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Mit der Erfindung steht somit ein Plattenelement für eine Schienenbefestigung zur Verfügung, das zu einer erheblichen Reduzierung (theoretisch bis zu 75%) der für die Herstellung eines Plattenelements benötigten Zykluszeit führt, da das insgesamt dickwandige Plattenelement in zwei Teilen durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgielverfahren hergestellt werden. Die verkürzten Zykluszeiten führen zu einer erheblichen Reduzierung der Prozesskosten.
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Gleichzeitig können die in erfindungsgemäßer Weise gemeinsam das Plattenelement bildenden Teile problemlos so ausgebildet werden, dass eine das Plattenelement durchgehend durchziehende Bindenaht vermieden wird. Stattdessen können die Bindenähte der mindestens zwei Teile versetzt zueinander ausgebildet werden, so dass die durch die Bindenaht bedingte Schwächung des Plattenelements minimal ist.
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Zudem ist es bei der erfindungsgemäß vorgegebenen mindestens zweistufigen Fertigung auf einfache Weise möglich, durch eine entsprechend gestaltete geometriebedingte Form der Teile des Plattenelements die Faser- und Polymerkettenorientierung des Kunststoffs direkt zu beeinflussen. Ebenso trägt hierzu bei, dass bei erfindungsgemäßer Fertigungsweise sich die Anspritzpunkte für die einzelnen Teile versetzt zueinander anordnen lassen.
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Die durch die Aufteilung der Fertigung in zwei Teilschritte bedingte Verminderung der Wanddicken und Dicken der mindestens zwei Teile führt zudem zu einer optimierten Maßhaltigkeit, da aufgrund der verminderten Wanddicken die Schwindung des Kunststoffs kleiner wird. Rippenartige Formelemente, die problemlos an den Teilen des Plattenelements ausgebildet werden können, die form- und stoffschlüssig miteinander in Kontakt stehen, tragen zusätzlich zur Erhöhung der Festigkeit des Plattenelements bei, da sich hierdurch Polymerketten und gegebenenfalls vorhandene Verstärkungsfasern deutlicher ausrichten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Plattenelement in Form einer Führungsplatte in einer perspektivischen Ansicht von oben;
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2 das Plattenelement in einer perspektivischen Explosionsdarstellung von oben;
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3 das Plattenelement in vergrößerter Darstellung in einem Schnitt entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie X-X.
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Das hier beispielhaft in Form einer Führungsplatte 1 vorgestellte Plattenelement ist Teil eines Befestigungssystems für die Befestigung einer Schiene für ein Schienenfahrzeug. Die Einzelteile eines solchen Befestigungssystems sind hinlänglich bekannt und beispielsweise bereits in den oben angegebenen Veröffentlichungen beschrieben worden. Solche Befestigungssysteme werden von der Anmelderin beispielsweise unter den Bezeichnungen ”W14”, ”W21”, ”300” oder ”304” angeboten.
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Mit einem solchen Befestigungssystem wird ein Befestigungspunkt auf einer beispielsweise aus Beton gefertigten Schwelle oder Platte gebildet, die den in 1 nur ausschnittsweise gezeigten Untergrund U bildet. Der betreffende Untergrund U gehört als solcher mit zu dem unter Einbeziehung einer erfindungsgemäßen Führungsplatte 1–5 gebildeten Befestigungspunkt.
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Das Befestigungssystem umfasst dabei ein in der Regel ω-förmiges, nach Art einer konventionellen Spannklemme ausgebildetes Federelement, ein als Schraube oder Schraubenbolzen ausgebildetes Spannelement zum Verspannen des Federelements gegen die Schwelle und eine Führungsplatte 1. Selbstverständlich können weitere Elemente zu dem System gehören, wie beispielsweise Unterlegplatten, elastische Lagen etc., um eine bestimmte Nachgiebigkeit des jeweiligen Befestigungspunkts und eine optimale Kraftverteilung zu gewährleisten.
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Der Übersichtlichkeit halber ist von den üblicherweise zu einem Schienenbefestigungssystem gehörenden Bauelementen nur die Führungsplatte 1 dargestellt.
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Die Führungsplatte 1 ist nach Art der bekannten ”Winkelführungsplatten” gestaltet und weist eine in Draufsicht rechteckige Form auf. An ihrer einen Längsseite ist an der Führungsplatte 1 eine sich über die Länge L der Führungsplatte 1 erstreckende Anlagefläche 2 ausgebildet, mit der die Führungsplatte 1 im fertig montierten Zustand gegen den Fuß einer zu befestigenden, hier nicht gezeigten Schiene wirkt.
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An der gegenüberliegenden Längsseite der Führungsplatte ist eine Stützfläche 3 ausgebildet, die sich ebenfalls über die Länge L der Führungsplatte 1 erstreckt und über die die Führungsplatte 1 in fertig montiertem Zustand gegen eine hier ebenfalls nicht gezeigte Schulter abgestützt ist, die an dem die Führungsplatte 1 jeweils tragenden, hier ebenso nicht dargestellten Untergrund angeformt ist.
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An der dem nicht dargestellten Untergrund zugeordneten Unterseite U der Führungsplatte 1 ist eine ebene Auflagefläche 4 ausgebildet, mit der die Führungsplatte 1 im fertig montierten Zustand auf einer ebenso ebenen Aufstandfläche des Untergrunds sitzt.
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Im Bereich des Übergangs von der Auflagefläche 4 zur seitlichen Stützfläche 3 ist zudem ein nach unten vorstehender, sich über die Länge L der Führungsplatte 1 erstreckender Absatz 5 ausgebildet, der bei fertig montierter Führungsplatte 1 in einer entsprechend geformten, hier nicht sichtbaren Rille des Untergrunds sitzt, so dass die Lage der Führungsplatte 1 in Querrichtung Q formschlüssig fixiert ist.
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In die Führungsplatte 1 ist zusätzlich eine zentral angeordnete, von der Oberseite O zur Unterseite U der Führungsplatte 1 führende Durchgangsöffnung 6 eingeformt, durch die bei der Montage des Befestigungssystems das jeweilige hier nicht dargestellte Spannelement zum Verspannen des auf der Oberseite der Führungsplatte 1 abgestützten, ebenfalls nicht gezeigten Federelements geführt wird.
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Auf der Oberseite O der Führungsplatte 1 sind Formelemente 7 ausgebildet, die zum Führen der Mittelschlaufe des Federelements und zum Ableiten von Wasser und anderen Flüssigkeiten vorgesehen sind, die sich auf der Führungsplatte 1 sammeln können.
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Die Führungsplatte 1 ist aus einem oberen Teil 8 und einem unteren Teil 9 zusammengesetzt. Die beiden Teile 8, 9 bestehen dabei aus demselben faserverstärkten Kunststoff.
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In die Oberseite O des oberen Teils 8 sind nutenartige Einsenkungen 10a eingeformt, die in gleichen Abständen in Längsrichtung LR der Führungsplatte 1 verteilt angeordnet sind und sich in Querrichtung Q erstrecken. Zur dem anderen Teil 9 zugeordneten Unterseite des ersten Teils 8 hin bilden die Bereiche des oberen Teils 8, in die die Einsenkungen 10a eingeformt sind, rippenartige, in Richtung des anderen Teils 9 vorstehende Vorsprünge 10b.
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Zusätzlich ist im an die Schmalseiten 11, 12 angrenzenden Randbereich des oberen Teils 8 jeweils eine schlitzförmige, sich ebenfalls in Querrichtung Q erstreckende Ausnehmung 13, 14 eingeformt. Die Ausnehmungen 13, 14 sind dabei jeweils über einen mittig angeordneten schmalen Schlitz 15, 16 zur jeweiligen Schmalseite 11, 12 hin geöffnet.
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In einem geeigneten, hier ebenfalls nicht dargestellten Zwei-Komponenten-Spritzgießwerkzeug wird zunächst in dem ersten Teilwerkzeug das obere Teil 8 der Führungsplatte 1 gespritzt. Dabei liegt der in 2 durch den Pfeil A8 angedeutete Anspritzpunkt auf der einen Schmalseite 12 des Teils 8, so dass sich bedingt durch den zum Abbilden der Durchgangsöffnung 6 erforderlichen Kern des Spritzgießwerkzeugs auf der vom Anspritzpunkt A8 abgewandten Seite des Teils 8 eine erste Bindenaht B8 bildet, die in 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Einsenkungen 10a und rippenförmigen Vorsprünge 10b des oberen ersten Teils 8 bewirken dabei, dass sich die Polymerketten und Verstärkungsfasern des Kunststoffs selbsttätig in Querrichtung Q ausrichten. Auf diese Weise können sie die im praktischen Einsatz auftretenden, in Querrichtung Q gerichteten Kräfte optimal aufnehmen.
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Im zweiten Schritt wird das untere Teil 9 der Führungsplatte 1 an das erste Teil 8 angespritzt. Der in 2 durch den Pfeil A9 angedeutete Anspritzpunkt für das Anspritzen des Teils 9 wird dabei auf die zum Anspritzpunkt A8 gegenüberliegende Schmalseite 13 der Führungsplatte 1 gelegt. Auf diese Weise bildet sich beim Anspritzen des zweiten Teils 9 im dem Anspritzpunkt A8 zugeordneten Abschnitt des unteren Teils 9 eine Bindenaht B9, die in 2 ebenfalls durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
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Das im Zuge des Anspritzens auf das erste Teil 8 treffende, schmelzflüssige und noch warme Kunststoffmaterial des zweiten Teils 9 schmilzt den mit ihm in Kontakt kommenden Kunststoff des ersten Teils an, so dass es zu einer intensiven Verkettung der Molekülketten beider Kunststoffe kommt.
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Das Kunststoffmaterial des zweiten Teils 9 wird dabei so um das erste Teil 8 geführt, dass das erste Teil 8 an seinen Längsseiten und seinen Schmalseiten sowie seiner Unterseite in Kunststoffmaterial des zweiten Teils 9 eingebettet ist. Dabei wird zusätzlich zu der durch die Verkettung der Kunststoffe des ersten und zweiten Teils 8, 9 in der voranstehend beschriebenen Weise gebildeten unlösbaren stoffschlüssigen Verbindung eine mechanische Verbindung der Teile 8, 9 dadurch erzielt, dass Kunststoff des zweiten Teils die schlitzförmigen Ausnehmungen 13, 14 und die Schlitze 15, 16 des ersten Teils 8 füllt. Durch das in die Ausnehmungen 13, 14 und die Schlitze 15, 16 eindringende Kunststoffmaterial sind die beiden Teile 8, 9 der Führungsplatte 1 mechanisch miteinander verklammert, so dass die Führungsplatte 1 auch hohen mechanischen, in Längsrichtung LR und Querrichtung Q wirkenden Belastungen sicher standhalten kann. Das an das erste Teil 8 angespritzte zweite Teil ist dabei so gestaltet, dass es bis auf die an der Oberseite O des ersten Teils 8 vorhandenen Formelemente 7 und den die Öffnung 6 umgebenden Abschnitt des ersten Teils 8 die äußere Form der Führungsplatte 1 bestimmt.
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Optimale mechanische Eigenschaften der Führungsplatte 1 werden dabei insbesondere dadurch erzielt, dass die Bindenaht B9 sich in dem Abschnitt der fertigen Führungsplatte 1 befindet, in dem im ersten Teil 8 gerade keine Bindenaht vorhanden ist. Genauso befindet sich die Bindenaht A8 des ersten Teils 8 genau in dem Teil der Führungsplatte 1, in dem das zweite Teil 9 keine Bindenaht aufweist. Infolgedessen ist die Führungsplatte 1 an keiner Stelle durch eine sich über ihre gesamte Dicke D erstreckende Bindenaht durchgehend geschwächt. Stattdessen ist durch den Versatz der Bindenähte B8, B9 eine optimal gleichmäßige Verteilung der mechanischen Eigenschaften der Führungsplatte bei gleichzeitig minimalem negativen Einfluss der Bindenähte B8, B9 gesichert.
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Die erfindungsgemäße, als Bestandteil eines Schienenbefestigungssystems vorgesehene Führungsplatte 1 ist dementsprechend aus einem Kunststoff durch Anwendung eines Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens aus gleichem Material in zwei Prozessschritten abgespritzt worden, die zu einem Spritgießzyklus gehören und hintereinander absolviert werden. Dabei hat sie im zweiten Arbeitsschritt ihre endgültige geometrische Form erhalten. Die Anbindung des zweiten Teils 9 an das im ersten Schritt hergestellte erste Teil 8 erfolgt dabei einerseits aufgrund von lokalem Aufschmelzen des Kunststoffmaterials des ersten Teils 8 und einer daraus resultierenden mechanischen Verhakung von Molekülketten, die einen unlösbaren, d. h. nur durch Zerstörung auftrennbaren Verbund zwischen den Teilen 8, 9 ergibt.
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Beim in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Teilungsebene T zwischen den Teilen 8, 9 weitestgehend parallel zur Auflagefläche 2 der Führungsplatte 1 bzw. zu der an der Oberseite der Führungsplatte 1 ausgebildeten Fläche, auf der das hier nicht dargestellte Federelement im praktischen Einsatz abgestützt ist. Die Teilungsebene T ist dabei in Richtung der Dicke D der Führungsplatte 1 so ausgerichtet, dass die beiden Teile 8, 9 im Mittel eine im Wesentlichen gleiche Dicke D8, D9 aufweisen und ein im Wesentlichen gleiches Volumen einnehmen.
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Durch in das erste Teil 8 eingeformte und vom Material des zweiten Teils gefüllte bzw. umflossene Formelemente (z. B. die rippenartigen Vorsprünge 10 und die schlitzartigen Ausnehmungen 13, 14) sind die Strömungen des geschmolzenen Kunststoffs beim Spritzen der Teile 8, 9 jeweils so geführt, dass sich polymere Molekülketten und vorhandene Verstärkungsfasern für eine gesteigerte Festigkeit der Führungsplatte 1 optimal ausrichten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Führungsplatte (erfindungsgemäßes Plattenelement)
- 2
- Anlagefläche der Führungsplatte 1
- 3
- Stützfläche der Führungsplatte 1
- 4
- Auflagefläche der Führungsplatte 1
- 5
- Absatz der Führungsplatte 1
- 6
- Durchgangsöffnung der Führungsplatte 1
- 7
- Formelemente
- 8
- erstes Teil der Führungsplatte 1
- 9
- zweites Teil der Führungsplatte 1
- 10a
- Einsenkungen
- 10b
- Vorsprünge
- 11, 12
- Schmalseiten
- 13, 14
- Ausnehmungen
- 15, 16
- Schlitze
- A8
- Pfeil (Anspritzpunkt für die Herstellung des Teils 8)
- B8
- Bindenaht des Teils 8
- A9
- Pfeil (Anspritzpunkt für die Herstellung des Teils 9)
- B9
- Bindenaht des Teils 9
- D
- gesamte Dicke der Führungsplatte 1
- D8, D9
- Dicke der Teile 8, 9
- L
- Länge der Führungsplatte 1
- LR
- Längsrichtung der Führungsplatte 1
- O
- Oberseite der Führungsplatte 1
- Q
- Querrichtung der Führungsplatte 1
- S1, S2
- Abschnitte
- T
- Teilungsebene
- U
- Unterseite der Führungsplatte 1
- D1, D2
- Abstände
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10254679 B4 [0008]
- DE 4101198 C1 [0008]
- DE 202004020816 U1 [0008]
