DE2836382B2 - Dämmzwischenlage für die elastische Lagerung der Schotterbettung von Gleiskörpern - Google Patents
Dämmzwischenlage für die elastische Lagerung der Schotterbettung von GleiskörpernInfo
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Description
40
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämmzwischenlage für die elastische Lagerung der Schotterbettung von
Gleiskörpern gegenüber dem die Schotterbettung tragenden Planum, welche zumindest zweischichtig
aufgebaut und aus elastisch verformbarem Material 4''
gebildet ist.
Es ist bekannt, zur Verminderung des Körperschalls bei Gleisstrecken auf Kunstbauten die Gleisbettung
elastisch zu lagern. Solche elastische Lagerungen werden auch bei Hochgeschwindigkeitsstrecken vorgesehen,
um zu verhindern, daß durch die starken dynamischen Beanspruchungen die Gleisbettung zerstört
wird. Ferner kann durch eine solche elastische Lagerung ein gleichmäßiges Einfedern des Oberbaues in
Anpassung an den natürlichen Untergrund przielt V)
werden. Für diese elastische Lagerung dienen Matten aus Gummi oder gebundenem Gummigranulat mit
Deckschichten, die zwischen dem Planum und der Schotterbettung eingelegt werden. Bei Kunstbauten ist
das Planum in der Regel durch eine Stahlplatic oder W)
eine Betonfläche gebildet. Bei der Verwendung von Gummi kann die für eine ausreichende Dämpfung bei
der auftretenden dynamischen Beanspruchung notwendige Weichheit nur durch den Einbau von Luftkammern
oder durch Profilgcbung erreicht werden. '''
Bei direkter Auflage der Schotterbettung nuf der Gummimatte ist es daher notwendig, die punktweise
Belastung durch den Schotter mit Hilfe einer möglichst starren Deckschicht auf Kosten der Bauhöhe in eine
gleichmäßige Flachenbelastung umzuformen,
Es ist auch ein Schienenweg mit einem Schotterbett
bekannt (DE-OS 16 58 308), das den aus Schwellen und
Schienen bestehenden Gleiskörper trägt Zwischen dem Schotterbett und dem Planum oder dem Untergrund ist
eine Hartschaumstoffschicht angeordnet Diese Hartschaumstoffschicht soll zwei Aufgaben lösen, erstens
soll der Schienenweg vor Frostschäden geschützt werden, zweitens sollen die beim Fahrbetrieb auftretenden
Schwingungen gedämpft werden. Folgende konstruktive Maßnahmen werden dabei im Detail vorgesehen,
nämlich zwischen Oberbau und Unterbau wird eine Hartschaumstoffplatte angeordnet, die Stärke der
Hartschaumstoffplatte beträgt ca. 3 bis 5 cm; als Material für die Hartschaumstoffplatten werden Polystyrol
oder Polyurethan vorgeschlagen und um die Hartschaumstoffplatten oder Hartschaumstoffschichten
vor Beschädigungen durch den Schotter zu schützen, wird eine 5 bis 10 cm dicke Kiesschicht aufgebracht,
wobei anstelle der ausgleichenden Kiesschicht auch eine Schaumstoffschicht hoher Druckfestigkeit treten kann.
Bei dieser bekannten Konstruktion verwendeten Schaumstoffschichten handelt es sich allein und
ausschließlich um Hartschaumstoffschichten. Bei den Schaumstoffen wenden zwischen harten, mittleren und
weichen unterschieden. Hartschaumstoffe sind nicht elastisch im Sinne eines elastomeren oder gummiartigen
Verhaltens. Polystyrol läßt sich ausschließlich zu Hartschaum verarbeiten, und es gibt auch bislang keinen
elastischen Polystyrolschaum. Wenn hier und im folgenden von einem elastischen Verhalten gesprochen
wird, so soll darunter das Verhalten eines Elastomers verstanden werden, also ein gummiartiges Verhalten.
Polyurethane können hingegen je nach ihrer Einstellung zu harten, mittleren oder weichen (elastischen) Schaumstoffen
verarbeitet werden. Daß bei der bekannten Veröffentlichung auch im Zusammenhang mit Polyurethan
nur und allein an Hartschaumstoffe gedacht worden ist, ergibt sich daraus, daß im Zusammenhang
mit dem letzterwähnten Kunststoffschaum immer von einer Druckfestigkeit gesprochen wird. Dieser Begriff
hat aber tatsächlich nur dann einen Sinn, wenn er auf harte, nicht gummielastische Werkstoffe angewendet
wird. Im Zusammenhang mit elastischen Werkstoffen (Elastomeren) ist dieser Begriff Druckfestigkeit weder
relevant noch sinnvoll. Bezeichnend für die besprochene und vorgenannte bekannte Konstruktion ist auch der
Hinweis, daß die Druckausgleichschicht aus Kies durch eine Schaumstoffschicht hoher Druckfestigkeit ersetzt
werden kann. Auch eine aus hartem Schaumstoff bestehende Einlage im Sinne dieser bekannten Konstruktion
bringt eine gewisse Schalldämmung mit sich, was nicht in Abrede gestellt werden soll, jedoch muß
nachdrücklich darauf hingewiesen werden, daß der kritische Frequenzbereich aus einem Eisenbahnbetrieb,
der bei ca. 30 bis 60 Herz liegt (Körperschall) durch Hartschaumplatten nicht eliminierbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämmzwischenläge der eingangs genannten Art zu
schaffen, die die ihr zugedachte Funktion nicht nur in bestmöglicher Weise erfüllt, sondern die darüber hinaus
auch noch eine ausreichende Lebensdauer aufweist und die auch bei Langzeitbeanspruchung gleichbleibendes
elastisches Verhalten besitzt und mit der geringe Bauhöhen eingehalten werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl die Oberschicht wie auch die Unterschicht
aus kompressiblem, volmnenelastischem Material bestehen
und bei bestimjnungsgemäßem Einbau die Oberschicht
unter der Wirkung der von der Schotterbettung und vom Gleiskörper herrührenden statischen Belastung
in diskreten (örtlich begrenzten) Zonen bis in den progressiven Bereich der elastischen Kennlinie belastet
ist
Die Unterseite der Schotterbettung, die auf der Oberseite der Dämrazwfschenlage aufliegt, ist sehr rauh
und durch die Ecken, Kanten und Spitzen der einzelnen,
die untere Grenzschicht der Bettung bildenden Schottersteine gekennzeichnet Diese Ecken, Kanten
und Spitzen der Schottersteine werden unter volumenelastischer Verformung von der Oberschicht aufgenommen,
in diese sozusagen eingebettet, wobei diskrete (örtlich begrenzte) Zonen durch diese statische Belastung
stark beansprucht werden, und zwar bis in den progressiven Bereich der elastischen Kennlinie dieser
Oberschicht Diese Oberschicht ist dabei so bemessen, daß die an ihrer Oberseite unter der statischen
Belastung der Bettung und des Gleiskörpers hervorgerufenen hochbeanspruchten diskreten Zonen bis zur
Unterseite der Oberschicht in eine über die ganze Fläche dieser Unterseite im wesentlichen gleichmäßig
verteilte Belastung umgewandelt transformiert wird, so daß die Unterseite unter einer über ihre ganze
Oberfläche verteilten, gleichmäßigen Flächenbeanspruchung steht Durch die Oberschicht ist dabei die auf sie
einwirkende punktförmige Belastung so weit in ihrer Verteilung umgeformt, daß die Unterschicht durch diese
statische Last nur geringfügig beansprucht wird, vornehmlich so, daß bei zusätzlich dynamischer
Beanspruchung Verformungen im linearen Bereich der Federkennlinie auftreten. Die Elastizität der Ober- bzw.
Unterschicht richtet sich daher vornehmlich nach den auftretenden statischen bzw. dynamischen Beanspruchungen
und dem gewünschten Bettungsmodul.
Es liegt die Vermutung nahe, daß die beiden Schichten unbedingt unterschiedliche physikalische Eigenschaften
aufweisen müßten, damit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden kann. Die bisherigen
praktischen Erfahrungen und Versuchsergebnisse stehen jedoch überraschenderweise mit dieser Vermutung
im Widerspruch. Theoretische Überlegungen bieten folgende Evklärung zu diesem üben aschenden Effekt:
Die Oberfläche der Oberschicht wird durch die scharfkantigen Steine punktförmig belastet und verformt.
Die Verformungskräfte an den einzelnen punktförmigen Belastungüzonen breiten sich nach allen
Seiten in der Oberschicht aus. An der Zwischentrennfläche können jedoch nur vertikale Kräfte, also nur Kräfte
in der Senkrechten zur Zwischentrennfläche übertragen werden, nicht aber Kräfte, die in dieser Fläche selbst
wirken, so daß der angestrebte Effekt tatsächlich erreicht werden kann, auch wenn zwei Schichten
gleicher physikalischer Eigenschaften (Elastizitätsmodule) verwendet werden, der Effekt jedoch ausbleibt,
wenn nur eine der Gesamtstärke der beiden Dämmzwischenlagen entsprechende »einstückige« Dämmzwischenlage
vorgesehen würde. Auf Grund dieser theoretischen Überlegungen ergibt sich auch eine
Erklärung dafür, warum mit relativ dünnen Matten oder Zwischenlagen bereits eine hohe Schalldämmung erzielt
werden kann. In der Regel werden nur Zwischcnlagen mit einer Stärke von 5 bis 20 mm verwendet, wogegen
die Hartschaumplatten na^h der eingangs besprochenen
vorbekannten Konstruktion immerhin eine Stärke von 30 bis 50 mm besitzen.
Dank der erfindungsgemäßen Maßnahme wird folgendes bewirkt:
Die Angleichung der Oberbauelastizität auf Massivbauwerke und an die auf natürlichem Untergrund;
bessere Verteilung der Verkehrslasten durch die Schiene, verbunden mit einer Abminderung der Lastkonzentration in den tieferen Bereichen des Schotters. In Extremfällen traten ohne elastische Matten so hohe dynamische Beanspruchungen auf, daß ίο der Schotter in den unteren Schichten zerrieben wurde;
bessere Verteilung der Verkehrslasten durch die Schiene, verbunden mit einer Abminderung der Lastkonzentration in den tieferen Bereichen des Schotters. In Extremfällen traten ohne elastische Matten so hohe dynamische Beanspruchungen auf, daß ίο der Schotter in den unteren Schichten zerrieben wurde;
Dämmung von S- und U-Bahnzügen erzeugten und auf angrenzende Gebäude übertragenen Körperschalls;
insgesamt ist eine Verbesserung des Fahrzeuglaufes und eine Verringerung der Gleisunterhaltung zu
erwarten.
Bei hochbeanspruchten Gleisanlagen ist es vorteilhaft zwischen den beiden kompressiblen Schichten eine
nicht volumenkompressible blattförmige Einlage vorzusehen,
welche eine hohe Kerbfesfckeit und eine hohe Elastizität aufweist Diese blattförmige Einlage hat die
Aufgabe, die auf die Oberschicht einwirkende statische punktförmige diskrete Belastung noch weiter hinsichtlich
ihrer Verteilung zu transformieren, also in eine homogene Flächenbelastung für die Unterschicht
umzuwandeln, und bei etwaiger Verletzung der Oberschicht ein Vordringen einzelner Schottersteine in
die Unterschicht zu verhindern. Es ist an sich bekannt in die elastische Zwischenschicht eines Schienenbettes zur
Verstärkung Einlagen vorzusehen, wie Drahtgewebe, Textilgewebe, Metallblech und dgl. Bei diesen Verstärkungen
handelt es sich um Armierungen, die mit der elastischen Schicht einen einheitlichen geschlossenen
Baukörper bilden. Beim Erfindungsgegenstand liegt aber vielmehr ein getrennter Bauteil vor, und zwar in
J5 schichtweiser Anordnung mit den elastischen Zwischenlagen,
wobei es jedoch gar keiner Verbindung zwischen den Schichten bedarf, damit diese ihre Funktion ausüben
können.
Die Figuren veranschaulichen die Erfindung.
F ί g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gleiskörper, die
F ί g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gleiskörper, die
F i g. 2 und 3 Querschnitte durch die verwendbaren Dämmzwischenlagen,
F i g. 4 das in F i g. 1 im Kreis A befindliche Detail in vergrößertem Maßstab und die
Fig.5 die Federkennlinie der Oberschicht und der Unterschicht und die Bereiche ihrer Beanspruchung
unter der statischen Last.
Auf eine Stahlplatte 1, beispielsweise als Teil einer Stahlbrückenkonstruktion, ist eine Schotterbettung 7
aufgeschüttet, die den 3us Gleis 4 und Schwellen 3 beste'-eaden Gleiskörper trägt. Zwischen der Bettung 2
und der Stahlplatte I ist die Dämmzwischenlage 5
vorgesehen. Eine selche Dämmzwischenlage 5 (Fig. 2) besteht aus einer Oberschicht 6 von ca. 5 bis 20 mm
Stärke 5, einer Unterschicht 7 mit einer Stärke s'von ca. 5 bis 20 mm und einer blattförmigen Einlage 8 von ca. 1
bis 4 mm Stärke. Goerschicht und Unterschicht β und 7 bestehen aus kompressiblem, volumenelastisc.hem Ma·
wi terial, vornehmlich aus einem hochelastischen, abriebfesten,
geschäumten Kunststoff, beispielsweise Polyurethan. Die Oberschicht und die Unterschicht können
dabei unterschiedliche Elastizitätsmodule aufweisen. Die blattförmige Einlage 8 besteht ebenfalls aus einem
h' Elastomer, beispielsweise aus einem ungeschäumten
Polyurethan mit hohem Elastizitätsmodul, hoher Dehnbarkeit sowie hoher Kerbfestigkeit.
gezeigt, ist die Wirkung dieser Dämmzwischenlage unmittelbar erkennbar. Die untere Grenzschicht der
Schotterbettung 2, die unmittelbar auf der Oberseite 9 der Oberschicht 6 aufliegt, ist durch eine Vielzahl
nebeneinanderliegender, kantiger Schottersteine 10 ϊ gebildet, die alls punktförmige Belastung P auf die
Oberschicht 6 einwirken, diese in örtlich begrenzten, diskreten Zonen hoch beanspruchen und dabei verformen, wobei diese untere Grenzschicht der Schotterbettung 2 zumindest teilweise in der Oberschicht 6
eingebettet wird. Die Stärke 5 und der Elastizitätsmodul
dieser Oberschicht 6 ist so bemessen, daß die oberflächigen punktförmigen Verformungen und Belastungen üher die Höhe s abgebaut und umgewandelt
werden, nämlich zu einer flächenförmigen Belastung, η
wobei dieser Vorgang durch die blattförmige Einlage 8 aus nicht kompressiblem Material bezüglich der
Unterschicht 7 begünstigt wird, so daß die obere Grenzfläche der Unterschicht 7 nur mehr von einer
gleichmäßig verteilten Flächenlast beansprucht ist. Bezogen auf die Kennlinie stellt sich die Belastung bzw.
die daraus resultierende Beanspruchung etwa so dar, wie die beiden Kennlinien 5" der Oberschicht 6 und 7"
der Unterschicht 7 in F i g. 5 zeigen.
Die statische Belastung durch die Summe der örtlich 2ί
begrenzt einwirkenden Einzelkräfte P belasten die Oberschicht 6 an den Auflagepunkten bis in den
progressiven Bereich I ihrer Kennlinie, so daß diese Oberschicht 6 nur noch in geringem Umfang überhaupt
eine Federwirkung auszuüben vermag. Ihre Aufgabe ist «1 vielmehr, als Einbettungsmasse zu dienen zur ausgleichenden Aufnahme von statischen Einzelkräften P.
Hingegen ist die Unterschicht 7 nur geringfügig durch
die statische Belastung beansprucht, und zwar nur
innerhalb des Bereiches Il ihrer Kennlinie, so daß für die Dämpfung der dynamischen Belastungen, d. h., wenn
eine Zuggarnitur über die Gleisstrecke fährt, praktisch der gesamte lineare Bereich der Kennlinie 7" noch zur
Verfügung steht. Diese Wirkung ist umso günstiger, je gleichmäßiger die statischen Einzelkräfte P über die
Oberschicht in eine homogene, an der oberen Grenzschicht der Unterschicht anstehende Flächenbelastung transformiert werden. Oberschicht und Unterschicht können je nach den Fahrbedingungen und
örtlichen baulichen Gegebenheiten unterschiedliche Elastizitätsmodule aufweisen.
Handelt es sich um eine Dämmzwischenlage für gering beanspruchte Gleisstrecken, so kann eventuell
auf die blattförmige Einlage 8 verzichtet werden, so daß die Dämmzwischenlage 5', wie Fig. 3 zeigt, nur aus
Oberschicht 6' und Unterschicht T besteht Hip
geschlossenen, elastischen Oberflächen der Oberschicht 6' bzw. Unterschicht T unterstützen den angestrebten
Transformationseffekt; würde zum Beispiel eine nichtunterteilte Dämmzwischenlage aus identischem Material gefertigt mit der Stärke s"(Fig. 3), so werden die
angestrebten Vorteile, insbesondere bei weichen Lagerungen, nur unzulänglich erreicht, da ganz offenbar die
die Transformation der Kräfte begünstigenden Zwischentrenrflächen hier nicht vorhanden sind.
Die blattförmige Einlage kann zur Abdichtung des Bauwerks gegenüber Wasser verwendet werden. In
diesem Falle werden die einzelnen, entlang der Gleisstrecke aufeinanderfolgenden Einlagen miteinander dicht verbunden und bilden so eine wasserdichte
Haut.
Claims (5)
- Patentansprüche;L Dämmzwischenlage für die elastische Lagerung der Schotterbettung von Gleiskörpern gegenüber dem die Schotterbettung tragenden Planum, weiche zumindest zweischichtig aufgebaut und aus elastisch verformbarem Material gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Oberschicht (6, 6') wie auch die Unterschicht (7, T) aus kompressiblem, volumenelastischem Material beste- to hen und bei bestimmungsgemäßem Einbau die Oberschicht (6, 6') unter der Wirkung der von der Schotterbettung (2) und vom Gleiskörper herrührenden statischen Belastung in diskreten (örtlich begrenzten) Zonen bis in den progressiven Bereich der elastischen Kennlinie belastet ist
- 2. Dämmzwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (6, 6') und die Unterschicht (7, T) aus einem hochelastischen, abriebfesten Kunststoffschaummaterial, Vorzugsweise aus Polyurethanschaum, bestehen.
- 3. Dämmzwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (6, 6') und die Unterschicht (7, T) unterschiedliche Elastizitätsmodule aufweist und vorzugsweise der Elastizitälsmodul der Oberschicht (6, 6') kibiner ist als der der Unterschicht (7, T).
- 4. Dämmzwischenlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden kompressiblen Schichten (6, 7) eine nicht 3" kompressible blattförmige Einlage (8) vorgesehen ist, und diese elastische Einlaß eine hohe Kerbfestigkeit aufweist
- 5. Dämmzwischenlage nich A- sprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß die blattförmige Einlage (8) aus }> einem nicht geschäumten Polyurethan besteht
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