DE2836382C3 - Dämmzwischenlage für die elastische Lagerung der Schotterbettung von Gleiskörpern - Google Patents

Description

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 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 erzielt 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 Stahlplatte oder eine Betonlläche 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 Profilgebung erreicht werden.

Bei direkter Auflage der Schotterbettung auf 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 Flächenbelastung 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

ίο 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 den bei dieser bekannten Konstruktion verwendeten Schaumstoffschichten handelt es sich allein und ausschließlich um Hartschaumstoffschichten. Bei den Schaumstoffen wird 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 Kunststoffschcum 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

so 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

Dämmzwischenlage 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, hochvolumenelastischem Material bestehen und bei bestimmungsgemäßem Einbau die Ot-erschicht 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 Dämmzwischenlage 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 Erklärung zu diesem überraschenden Effekt: Die Oberfläche der Oberschicht wird durch die scharfkantigen Steine punktförmig belastet und verformt. Die Verformungskräfte an den einzelnen punktförmigen Belastungszonen 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 theoretischer. 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 Zwischenlagen mit einer Stärke von 5 bis 20 mm verwendet, wogegen die Hartschaumplatten nach der eingangs besprochenen vorbekannten Konstruktion inv.aerhin eine Stärke von 30 his 50 mm besitzen.

Dank der erfindungsgemäßen Maßnahme wird folgendes bewirkt:

Die Angleichung der Oberbauelastizität auf Massivbauwerkenandieauf natürlichem Untergrund; bessere Verteilung der Verkehrstoten durch die Schiene, verbunden mit einer Abminderung der Lastkonzentration in den tieferen Bereichen des Schotters. In Extremfällen traten ohne elastische Manen 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 Kerbfestigkeit 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 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 i 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 so Stahlbrückenkonstruktion, ist eine Schotterbettung 2 aufgeschüttet, die den aus Gleis 4 und Schwellen 3 bestehenden Gleiskörper trägt. Zwischen der Bettung 2 und der Stahlplatte 1 ist die Dämmzwischenlage 5 vorgesehen. Eine solche Dämmzwischenlage 5 (F i g. 2) besteht aus einer Oberschicht 6 von ca. 5 bis 20 mm Stärke s, einer Unterschicht 7 mit einer Stärke 5'von ca. 5 bis 20 mm und einer blattförmigen Einlage 8 von ca. 1 bis 4 mm Stärke. Oberschicht und Unterschicht 6 und 7 bestehen aus kompressiblem, hochvolumenelastischem Material, vornehmlich aus einem abriebfesten.; geschäumten Kunststoff, beispielsweise Polyurethan. "Die Oberschicht und die Unterschicht können dabei unterschiedliche Elastizitätsmodule aufweisen. Die blattförmige Einlage 8 besteht ebenfalls aus einem Elastomer, beispielsweise aus einem ungeschäumten Polyurethan mit hohem Elastizitätsmodul, hoher Dehnbarkeit sowie hoher Kerbfestigkeit.

Im Detail A, in Fig.4 in vergrößertem Maßstab

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 gebildet, die als 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 s 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, 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 ii. F i g. 5 zeigen.

Die statische Belastung durch die Summe der örtlich 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 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 II 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 S verzichtet werden, so daß die Dämmzwischenlage 5', wie Fig.3 zeigt, nur aus Oberschicht 6' und Unterschicht T besteht. Die geschlossenen, elastischen Oberflächen der Oberschicht 6' bzw. Unterschicht T unterstützen den angestrebten Trarjsformationseffekt; würde zum Beispiel eine nichtunterteilte Dämmzwischenlage aus identischem Material gefertigt mit der Stärke s" (F i g. 3), so werden die angestrebten Vorteile, insbesondere bei weichen Lagerungen, nur unzulänglich erreicht da ganz offenbar die die Transformation der Kräfte begünstigenden Zwischentrennflächen 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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dämmzwischenlage für die elastische Lagerung der Schotterbettung von Gleiskörpern gegenüber dem die Schotterbettung tragenden Planum, welche 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, hochvolumenelastischem Material bestehen 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. Dämmzw?schenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (6, 6') und die Unterschicht (7, T) aus einem abriebfesten Kunststoffschaummaterial, vorzugsweise aus Polyurethanschaum, bestehen.

3. Dämmzwischenlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (6, 6') und die Unterschicht (7, 7') unterschiedliche Elastizitätsmodule aufweist und vorzugsweise der Elastizitätsmodul der Oberschicht (6, 6') kleiner ist als der der Unterschicht (7,7').

4. Dämmzwischenlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden kompressiblen Schichten (6, 7) eine nicht kompressible blattförmige Einlage (8) vorgesehen ist, und diese elastische Einlage eine hohe Kerbfestigkeit aufweist

5. Dämmzwischenlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die blattförmige Einlage (8) aus einem nicht geschäumten Polyurethan besteht