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Kraftschlüssig-elastische Schienenbefestigung für Gleis-
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anlagen Die Erfindung betrifft eine kraftschlüssig-elastische Schienenbefestigung
mit hohem Verdrehwiderstand für Gleisanlagen, bestehend aus Rippenplatten und Spannbügeln
oder Spannklemmen, wobei die Spannbügel oder Spannklemmen wenigstens einen neben
den Rippen auf den Schienenfuß aufsetzbaren Verspannungsteil sowie mindestens einen
auf den Rippenplatten anliegenden Stützteil mit zugehörigem Befestigungsteil aufweisen,
während die Schiene am Schienenfuß zwischen der senkrechten Fuß außenfläche und
der anschließenden, vorzugsweise gegen die Horizontale geneigten, Fußdeckfläche
mit einem Ausrundungsradius versehen ist.
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Für hoch belastete Gleisanlagen hat sich bis heute als Schienenbefestigung
die sogenannte Bauart K außerordentlich bewährt, weil der mit ihr erzielte hohe
Verdrohwiderstand der Schienen eine optimale Rahmensteifigkeit erreicht, welche
zur Lagensicherheit der Gleise beiträgt sowie eine optimale Spurgenauigkeit ermöglicht.
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Diese Vorteile ergeben sich durch die mit der Schienenbefestigung
erzielbare relativ starre Verspannung.
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Die Schienenbefestigung der Bauart K ist jedoch insofern nachteilig,
als sich bei der durch höhere Fahrgeschwindigkeiten höhere Achslasten und größere
Tagestonnenbelastungen ergebenden, steigenden Beanspruchung des Gleissystems unq
dem daraus resultierenden Beruhrungsverschleiß die Befestigungen lockern können
und
deshalb eine dauernde Überwachung und Unterhaltung erfordern, bei der die Hakenschrauben
nachgezogen werden müssen.
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Ein anderer Nachteil der Schienenbefestigung nach Bauart K besteht
auch darin, daß ein vollautomatischer Einbau der Schraubverbindungen mittels Gleisbaumaschinen
nicht möglich ist.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile sind zwar schon Schienenbefestigungen
für Gleisanlagen entwickelt worden, die aus Spannbügeln und Rippenplatten bestehen
und eine dauernd kraftschlüssig und elastisch nachgiebige Schienenbefestigung mit
formschlüssigem Seitenhalt ergeben. Bis heute konnte jedoch noch keine Spannbügelbefestigung
entwickelt werden, die eine kraftschlüssig elastische Schienenbefestigung ermöglicht,
welche einen mit der Bauart K vergleichbar hohen Verdrehwiderstand erreicht. Aus
diesem Grunde sind die bekannten Spannbügelbefestigungen praktisch nur für Gleisstrecken
geringer Belastung geeignet, weil die Spannbügel nur eine Verspannungskraft erreichen,
die bei der relativ hohen Schiene mit einem ungünstigen Standmoment bei höheren
Belastungen ein Kippen dieser Schienen nicht sicher verhindern kann.
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Zweck der Erfindung ist es, einerseits die der bekannten Schienenbefestigung
nach Bauart K anhaftenden Nachteile, andererseits aber auch die Unzulänglichkeiten
der bekannten Spannbügelbefestigungen zu beseitigen. Daher ist eine kraftschlüssig-elastische
Schienenbefestigung mit Spannbügeln oder dergl.
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und Rippenplatten zu schaffen, die eine Erhöhung des Verdrehwiderstandes
der Schienen in Gleisanlagen erreicht und dabei auch als innere Backenschienenverspannung
und innere Fahrschienenverspannung Verwendung finden kann. Der erzielbare Verdrehwiderstand
für die Schienen soll dabei der bekannten Schienenbefestigung nach Bauart K entsprechen
und ihn möglicherweise nach übertreffen.
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Nach den bisherigen Erkenntnissen auf dem Entwicklungsgebiet der Eisenbahn-Oberbautechnik
hängt der Verdrehwiderstand einer Schiene im wesentlichen von mehreren verschiedenen
Bedingungen ab.
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So muß eine permanente kraftschlüssige Verspannung erreicht werden,
die bei gering belasteten Gleisanlagen mindestens 1 Mp beträgt, bei hochbelasteten
Gleisanlagen aber 1,5 Mp und mehr erreichen muß.
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Ein weiterer Faktor liegt in der Größe des Reibungskoeffizienten zwischen
Schienenfuß und Auflageplatte, welcher bei Verwendung einer Zwischenlage, z.B. aus
Pappelholz, größer ist als ohne Zwischenlage, d.h. also bei Auflage von Stahl auf
Stahl.
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Auch die Toleranzen zwischen der Schienenfußbreite und dem Rippenabstand
an den Rippenplatten bilden einen wesentlichen Faktor für den erreichbaren Verdrehwiderstand
der Schiene.
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Schließlich ist aber auch noch die Breite der Rippenplatte von Bedeutung,
weil diese die Größe der Kontaktfläche zwischen dem Schienenfuß und der Rippenplatte
bei Verdrehung der beiden diagonal gegenüberliegenden Rippen bestimmt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß der Verdrehwiderstand
der durch kraftschlüssig-elastische Spannbügel oder Spannklemmen befestigten Schienen
von der örtlichen Lage des Verspannungspunktes oder der Verspannungslinie auf dem
Schienenfuß abhängt und daß außerdem auch die Ausbildung des Verspannungsbereichs
der Spannbügel oder Spannklemmen wesentlich ist.
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Ausgehend von dieser Erkenntnis liegt nun der Erfindung die Aufgabe
zu Grunde, eine kraftschlüssig-elastische Schienenbefestigung der anfangs beschriebenen
Bauart zu schaffen, bei der der Verspannungspunkt oder die Verspannungslinie auf
dem Schienenfuß eine Lage hat, durch die schon bei geringster Drehbewegung der Schiene
ein beträchtliches Ansteigen des Verdrehwiderstandes eintritt.
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Eine weitere Erfindungsaufgabe ist es, für den Verspannungsbereich
der Spannbügel oder Spannklemmen eine Ausbildung zu finden, die eine wesentliche
Erhöhung des Verdrehwiderstandes auch nach längerer Gebrauchsdauer des Spannbügels
oder der Spannklemme sicherstellt.
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Die vorgenannte Hauptaufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen
dadurch gelöst, daß das Verspannungsteil des Spannbügels oder der Spannklemme mit
Linienführung im Abstand von der aber gangslinie zwischen Fußdecke und Ausrundungsradius,
aber im Bereich des Ausrundungsradius auf dem Schienenfuß zur Auflage gebracht ist
und dabei den Schienenfuß in Richtung zum Schienensteg hin unter Abstandshaltung
weiter übergreift.
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Das Wesen dieses Erfindungsvorschlages liegt also darin, daß das Verspannungsteil
des Spannbügels o.dgl. nicht auf der Schienenfußdecke, sondern vielmehr am Schienenfußende
im Bereich des Übergangsradius zur Auflage kommt, und zwar beispielsweise in einem
Abstand von etwa 1,2 mm von der Übergangslinie zwischen der Schienenfußdecke und
Abrundungsradius. An dieser Stelle erhält man einen Steigungswinkel von etwa 22,o6790
und damit eie Horizontalkraft-Komponente, die bei einer Verspannung des Spannbügels
mit 1,5 Mp 564 kp beträgt.
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In Gegensatz hierzu wird bei gleicher Verspannung des auf der Schienenfußdecke
angreifenden Spannbügels o.dgl. nur eine Horizontalkraft-Komponente von 107 kp erreicht,
d.h., erfindungsgemäß ergibt sich eine Steigerung der Horizontalkraft-Komponente
um rund 530%. Die Horizontalkraft-Komponente kann erfindungsgemäß natürlich noch
gesteigert werden, wenn die Verspannungslinie des Spannbügels o.gl. mit noch größerem
Abstand von der Übergangs linie zwischen Schienenfußdecke und Ausrundungsradius
angesetzt wird.
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Aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen wird aber nicht
nur die Kippsicherheit und der Verdrehwiderstand der befestigten Schiene erhöht,
sondern auch die Hebelarme der Vertikalkraft
-Komponente, welche
das maximale Biegemoment des Spannbügels o.dgl. bestimmen, werden wesentlich reduziert.
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Auch bringt die größere Horizontalkraft-Komponente eine wesentliche
Entlastung der Biegebeanspruchung des an der Quetschfaltenseite der Spannbügel o.dgl.
liegenden kritischen Bereichs mit sich.
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Zur Lösung der weiteren Aufgabenstellung wird nach der Erfindung vorgeschlagen,
das Verspannungsteil des Spannbügels o.dgl. so zu gestalten, daß es von seiner Auflagelinie
aus auf den Ausrundungsradius des Schienen fußes in Richtung nach der Rippe hin
unter Abstandshaltung übergreift. Hierbei ist es dann besonders wesentlich, daß
der Verspannungsteil des Spannbügels o.dgl. ein Querschnittsprofil hat, das in dem
den Ausrundungsradius des Schienen fußes übergreifenden Bereich einen gegen die
Rippenplatte hin gerichteten Kragarm aufweist.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens
das Verspannungsteil des Spannbügels o.dgl. einen polygonalen, vorzugsweise quadratischen
Querschnitt aufweist, an den der Kragarm in Form einer abwärts gebogenen Nase angeformt,
z.B. angeschmiedet, ist. Dabei soll sich der Kragarm bzw. die Nase über die gesamte
Länge der Berührungslinie zwischen Verspannungsteil und dem Schienenfuß erstrecken.
Auch kann im Bereich der Schwalbenschwanzausfräsung der Kragarm bzw. die Nase kräftiger
als in den übrigen Bereichen ausgeführt werden.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die dem
Übergangsradius des Schienenfußes benachbarte Fläche ebenfalls in einem Radius verlaufen
zu lassen, der etwas größer als der Übergangsradius ist und dabei auch etwas außerhalb
der Berührungslinie zwischen dem Verspannungsteil des Spannbügels o.dgl. und dem
Schienenfuß beginnt. Vorteilhafter Weise verläuft dabei der Radiusbereich des Kragarmes
über die gesamte Länge der Verspannungslinie, die jedoch kürer ist als eine Klemmplatte
der bekannten Schienenbefestigung nach Bauart K, und daher keinen Nachteil auf die
Ruhelage der Schwelle gegen
Wird ausgehend von den erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Maßnamen der Federweg des zum Einsatz gelangenden Spannbügels o.dgl.
genügend groß gewählt, dann ergibt sich der weitere Vorteil, daß mit nur einer einzigen
Spannbügel-Ausführung nahezu alle Schienentypen optimal verdrehsicher befestigt
werden können.
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Anhana der Zeichnung soll der Gegenstand der Erfindung nunmehr ausführlich
beschrieben werden. Es zeigt rig. 1 im Querschnitt als Anwendungsbeispiel der Erfindung
eine Schiene der Form UIC 60 für Gleisanlagen, Fig. 2 in stark vergrößerter Darstellung
den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Teilausschnitt des Schienenfußes, Fig. 3 wiederum
den in Fig. 2 gezeigten Ausschnitt des Schienenfußes bei Anordnung auf einer Rippenplatte
in Spannstellung des zugehörigen Spannbügels, Fig. 4 den aus Fig. 2 ersichtlichen
Bereich des Schienenfußes, jedoch im Zusammenwirken mit dem Spannbügel einer inneren
Backenschienenverspannung, Fig. 5 einen erfindungsgemäß ausgelegten Spannbügel zur
Schienenbefestigung in der Seitenansicht, Fig. 6 den Spannbügel nach Fig. 5 in Ansicht
von unten, Fig. 7 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäß
weitergebildete Spannklemme der bekannten Bauart Skl 1, Fig. 8 die Spannklemme nach
Fig. 7 in der Draufsicht, Fig. 9 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine
erfindungsgemäß weitergebildete Spannklemme der bekannten Bauart Skl 3, Fig. lo
die Spannklemme nach Fig. 9 in Draufsicht und die Fig. 11 und 12 in Seitenansicht
und in Draufsicht eine vollständige Schienenbefestigung unter Verwendung von Spannklemmen
nach den Fig. 9 und lo.
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Die in Figur 1 dargestellte Schiene 1 der Form UIC 60 besteht in bekannter
Weise aus einem Schienenkopf 2, dem Schienensteg 3 und dem Schienenfuß 4. Die Deckflächen
5 des Schienenfußes 4 bestehen beidseitig aus zwei unterschiedlich geneigten Abschnitten
5' und 5", wobei der Neigungswinkel des inneren Abschnittes 5' größer als der Neigungswinkel
des äußeren Abschnittes 5" ist.
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Der äußere Abschnitt 5" der Deckfläche 5 hat bei der in Figur 1 dargestellten
Schiene 1 ein Neigungsverhältnis von 1:14, während der innere Abschnitt 5' mit einem
Neigungsverhältnis 1:2,75 ausgeführt ist.
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Auch andere Neigungsverhältnisse sind, insbesondere in den äußeren
Abschnitten 5" der Deckfläche 5 des Schienenfußes 4 ohne weiteres üblich.
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Der äußere Abschnitt 5" der Deckfläche 5 des Schienenfußes 4 geht
mit einem Ausrundungsradius 6, der beispielsweise 4 mm beträgt, in die senkrechte
Fußaußenfläche 7 über.
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In Fig. 2 der Zeichnung ist dieser Ausrundungsradius 6 durch die beiden
spitzwinklig zueinander vom Mittelpunkt aus verlaufenden Geraden 6' und 6" eingegrenzt,
wobei die Gerade 6' die längs verlaufende Übergangs linie 8 zwischen dem Abschnitt
5" der Fußdeckfläche 5 und im Ausrundungsradius 6 schneidet.
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Die Schiene 1 wird über ihren Schienenfuß 4 mit Hilfe von Spannbügeln
9 kraftschlüssig-elastisch auf einer Rippenplatte 1o befestigt, wie das in Figur
3 angedeutet ist. Dabei kommt der Verspannungsteil 11 des Spannbügels 9 in Richtung
der Schienen-Längsachse linienförmig zur Auflage, und zwar ist vorgesehen, daß die
Linienberührung zwischen dem Verspannungsteil 11 des Spannbügels 9 und dem Schienenfuß
4 in einem Abstand 12 von der Übergangslinie 8 an der mit 13 bezeichneten Stelle
stattfindet, die in Richtung nach der senkrechten Fußaußenfläche 7 hin auf
dem
Ausgangsradius 6 liegt. Der Abstand 12 zwischen der Übergangslinie 8 und der Stelle
13 beträgt dabei zweckmäßig 1,2 bis 2 mm, wobei die vom Spannbügel 9 ausgeübte Haupt-Spannkraft
in Keilrichtung 14 wirkt und beispielsweise 1,5 Mp beträgt. Aus dieser in Keilrichtung
14 wirkenden Haupt-Spannkraft leitet sich die in Pfeilrichtung 15 senkrecht nach
unten wirkende Festhaltekraft und die entsprechend der Pfeilrichtung 16 horizontal
wirkende Kraft ab.
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Diese horizontal wirkende Kraft beträgt bei einem Ausrundungsradius
6 von 4 mm und einem Abstand 12 zwischen der Ubergangslinie 8 und der Auflagelinie
13 von 1,2 mm 564 kp.
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Würde hingegen der Spannbügel 9 mit seinem Verspannungsteil 11 mit
der gegebenen Spannkraft von 1,5 Mp auf der Linie 17 im Abschnitt 5" der Fußdeckfläche
5 angreifen, ergäbe sich lediglich eine Horizontalkraft in Höhe von 107 kp.
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Aus Figur 3 ist noch ersichtlich, daß wenigstens das Verspannungsteil
11 einen polygonalen, beispielsweise quadratischen Querschnitt hat, mit dem es den
Schienenfuß 4 von der Auflage linie 13 aus gesehen in Richtung auf den Schienenfuß
3 hin übergreift.
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Andererseits ist an das Verspannungsteil 11 des Spannbügels 9 aber
auch noch ein Kragarm 18 in Form einer abwärts gebogenen Nase angeformt, z.B. angeschmiedet,
mit dem der Spannbügel 9 der. Ausrundungsradius 6 intRichtung gegen die Rippe 19
der Rippenplatte 10 übergreift. Die Nase 18 ist dabei so geformt, daß sie einen
geringfügigen Abstand vom Ausrundungsradius 6 hält. Dies wird beispielsweise dadurch
erreicht, daß die Innenfläche des als Nase ausgebildeten Kragarms 18 einen Erhöhungsradius
hat, der etwas größer als der Ausrundungsradius 6 ist.
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Während in Fig. 3 der Zeichnung ein Spannbügel 9 angedeutet ist, wie
er bei Gleisschienen Verwendung findet, zeigt die Fig. 4 praktisch die gleichen
Verhältnisse, jedoch in Verbindung mit einem Spannbügel 20, wie er für innere Backenschienenverspannungen
benutzt wird. Die schon bei einer bekannten
inneren Backenschienenverspannung
gewählte beidseitige konische Abflachung des Verspannungsteils dient bereits dem
Zweck eines größeren Verdrehwiderstandes geyenüber den bisher üblichen Systemen.
Die zusätzlich als Kragarm wirkenden Nasen am Verspannungsteil 21 dieses Spannbügels
2o sind dort mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet. Diese Nasen 22 befinden sich
an beiden Seiten des Verspannungsteiles 21, so daß der Spannbügel 20 sich in zwei
um 1800 gewendeten Lagen problemlos einbauen läßt.
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Zu erwähnen ist noch, daß die als Nasen 18 bzw. 22 ausgebildeten Kragarme
am Verspannungsteil 11 bzw. 21 der Spannbügel 9 bzw.
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20 sich über die ganze Länge der Berührungslinie des Verspannungsteils
11 bzw. 21 mit dem Ausrundungsradius 6 des Schienenfußes 4 erstrecken.
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In den Fig. 5 und 6 der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform
des in Fig. 3 nur teilweise angedeuteten Spannbügels 9 wiedergegeben. Dieser Spannbügel
9 hat zwei im Abstand nebeneinander liegende und im Seitenriß etwa eiförmig gebogene
Schlaufen 23, die über ein Querstück 24 einstückig miteinander verbunden sind, wobei
die freien Enden jeder Schlaufe 23, die mit dem Kragarm 18 versehenen Verspannungsteile
11 bilden.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Spannbügel 9 der bekannten Bauart Skll
mit zwei weich federnden Bügelenden 25 und einem zwischen diesen liegenden und mit
ihnen einstückig verbundenen, hart federnden Teilbereich 26. Der Verspannungsteil
11 des hart federnden Teilbereichs 26 ist dabei in der oben beschriebenen Art und
Weise ausgebildet und mit dem als Nase gestalteten Kragarm 18 versehen. Der hart
federnde Teilbereich 26 dieses Spannbügels wird dabei an der Berührungslinie 13
des Ausrundungsradius 6 mit dem Schienen fuß 4 zusammen während die weich federnden
Schenkel 25 den Schienenfuß 4 in Richtung auf den Schienensteg 3 zu weiter übergreifen.
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Eine den Spannbügel 9 nach den Fig. 7 und 8 ähnliche, jedoch in der
bekannten Bauart Sk13 gestaltete Spannbügelklemme ist in den Figuren 9 und 1o gezeigt.
Auch dort sind zwei weich federnde Schenkel 25 vorhanden, zwischen denen der hart
federnde, auch als Kippschutz fungierende Teilbereich 26 liegt, welcher den Verspannungsteil
11 mit der als Kragarm ausgestalteten Nase 18 aufweist.
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Die Einbauweise des in den Figuren 9 und 1o gezeigten Spannklemme
ist aus den Figuren 11 und 12 ersichtlich. Als Befestigungsmittel für die Spannklemmen
dienen in diesem Falle die üblichen Hakenschrauben, welche in Schwalbenschwanznuten
der Rippen 19 verankert sind.
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Durch die oben beschriebene Wirkverbindung zwischen den Verspannungsteilen
der Spannbügel und dem Schienen fuß tird die Schiene 1 mit hohem Verdrehwiderstand,
jedoch kraftschlüssigelastisch auf der Rippenplatte 10 fixiert, dergestalt, daß
eine hochbelastbare und wartungsfreie Schienenbefestigung für Gleisanlagen entsteht.