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Befestigung für Brückenbalken auf Trägern von Stahlbrücken
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Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 31 12 025.3) Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Befestigung für Brückenbalken auf Trägern von Stahlbrücken,
mit einer Bolzenanordnung, die sich im Kreuzungsbereich.zwischen Brückenbalken und
Träger durch eine vertikale Durchgangsbohrung im Brückenbalken hindurch erstreckt
und sich mit ihrem oberen, mit Gewinde und Spannmutter versehenen Ende auf der Oberseite
des Brückenbalkens abstützt und an ihrem unteren, aus der Unterseite des Brückenbalkens
herausragenden Ende zur Bildung eines in die Bolzenanordnung integrierten und sich
auf der Unterseite des Trägers abstützenden -Spanngliedes federartig ausgebildet
ist.
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Bei Gleisanlagen werden die Schienen von sogenannten Schwellen getragen,
die in bekannter Weise aus Holz, Kunststoff, Beton oder Stahl bestehen. Beim Einsatz
auf Brücken werden diese Schwellen in der Fachwelt als Brückenbalken bezeichnet.
Im folgenden wird daher ausschließlich der Begriff Brückenbalken verwendet werden.
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Wie im Hauptpatent ausgeführt, müssen die von rollenden Schienenfahrzeugen
ausgeübten Vertikal-, Horizontal- und Schienenlängskräfte über die Schienen und
Befestigungsteile in die Brückenbalken und über diese in die Träger der Brücke eingeleitet
werden. Je kraftschlüssiger die Verbindungen zwischen Schiene und Schwelle sowie
Schwelle oder Brückenkonstruktion sind, desto gleichmäßiger werden die auftretenden
Kräfte übertragen und desto geringer werden die obere Schwellendeckfläche (Rippenplattenauflager)
und die auf dem Brückenträger aufliegende untere Schwellendeckfläche beansprucht.
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In bezug auf die Vertikalkräfte müssen dabei nicht nur die aus dem
Gewicht der Schienenfahrzeuge resultierenden, nach unten gerichteten Kräfte, sondern
auch die sogenannten Abhebekräfte berücksichtigt werden, die das sogenannte "Pumpen"
der Schwellen hervorrufen. Nach neuesten Forschungsberichten können diese Abhebekräfte
aufgrund der Durchbiegung der Schiene zwischen zwei Brückenbalken in den benachbarten
Brückenbalken bis zu 400 kp betragen. Aufgrund des Wechsels zwischen den nach unten
gerichteten Druckkräften und den nach oben gerichteten Abhebekräften entstehen über
zwei bis drei Brückenbalken hinweg sogenannte "Abhebewellen", die das erwähnte "Pumpen"
der Brückenbalken erzeugen. Insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge
erfolgt das Anheben und Absenken der Brückenbalken schlagartig in schnellem Wechsel,
wodurch die starre Verbindung zwischen den Brückenbalken und den Trägern nach kurzer
Gebrauchsdauer lose wird und die nachfolgenden Probleme entstehen. Die lose Verbindung
Brückenbalken - Träger bedeutet nicht nur einen erhöhten Verschleiß der unteren
Schwellendeckfläche, sondern infolge der erhöhten Relativbewegungen der Einzelteile
wird indirekt auch die obere Schwellendeckfläche (Rippenplattenauflager) stärker
beansprucht.
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Die Befestigung der Brückenbalken auf den Trägern erfolgt bei Brücken
mit geringer Belastung durch sogenannte Schwellenschrauben, die neben den Brückenträgern
senkrecht von unten in die Brückenbalken soweit eingedreht werden, bis die Schraubenköpfe
an dem Träger bzw. dessen Gurt anliegen.
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Bei mittlerer oder starker Belastung werden auf die Oberseite der
Brückenträger Winkeleisen derart aufgeschweißt, daß die Brückenbalken mit ihren
in Schienenlängsrichtung vorderen oder hinteren Seitenflächen an dem vertikal hochstehenden
Schenkel der Winkeleisen anliegen. Die Verbindung zwischen den Winkeleisen und dem
Brückenbalken erfolgt durch eine Verschraubung, deren Bolzen sich durch eine horizontale
Bohrung im Brückenbalken und eine Langlochbohrung.im senkrechten Schenkel des Winkeleisens
hindurcherstreckt.
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Beide starren Befestiungsarten haben den Nachteil, daß sich die Verspanung
der Befestigungsmittel infolge des öben geschilderten Wechsels zwischen nach unten
gerichteten Lastkräften und nach oben gerichteten Abhebekräften aus der Druckschiene
löst und somit nach kurzer Gebrauchsdauer die erforderliche kraftschlüssige Verbindung
zwischen den Brückenbalken und den Trägern nicht mehr gegeben ist. Die Folge sind
die'oben erwähnten Pumperscheinungen der Brückenbalken, deren Auflagefläche auf
den Trägern in zunehmendem Maße, insbesondere bei Holzschwellen, mechanisch verschleißt
und auch die Beanspruchung der oberen Schwellen deckfläche (Rippenplattenauflager)
negativ beeinflußt.
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Dadurch wird die genaue Gleislage verändert, so daß kostenaufwendige
Unterha ltungsarbe i ten notwendig werden und ein vorzeitiger Ausbau der Brückenbalken
unvermeidbar ist.
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Zwar kann durch ein Nachspannen der Befestigungsmittel die Verbindung
zwischen den Brückenbalken und den Trägern wieder verbessert werden. Ein derartiges
Nachspannen ist jedoch sehr aufwendig und bringt darüber hinaus nur kurzzeitig einen
gewissen Erfolg, da sich die starren Befestigungsmittel aufgrund der oben beschriebenen
Erscheinungen erneut lösen und sich somit in die Brückenbalken einarbeiten. Die
notwendige dauerhafte Verspannung in vertikaler Richtung kann durch die horizontale
starre Verschraubung nicht erreicht werden.
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Das Nachlassen der festen Verbindung zwischen den Brückenbalken und
den Trägern führt darüber hinaus zu einer Erhöhung der Geräuschentwicklung, da das
sogenannte "Pumpen", also das Absenken und Abheben der Brückenbalken bei höheren
Geschwindigkeiten der Schienenfahrzeuge in schneller Folge schlagartig erfolgt.
Dies führt insbesondere bei Brückenkonstruktionen mit Kastenträgern zu einer für
die Umwelt unzumutbaren Geräuschbelästigung.
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Probleme bereitet bei diesen Konstruktionen auch der Feuchtigkeitsstau
im Auflagebereich zwischen den Brückenbalken und den Trägern, der besonders bei
nicht kraftschlüssiger Brückenbalkenbefestigung verstärkt auftritt und besonders
bei Holzbrückenbalken den mechanischen Verschleiß unterstützt.
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Bei einer weiteren bekannten Befestigung, der sogenannten längsbeweglichen
Brückenbalkenlagerung, liegen die Brückenbalken im Bereich jedes Kreuzungspunktes
mit den Brückenträgern in sogenannten Schwellenschuhen, die mit den Brückenbalken
über Schraubenbolzen in horizontaler Richtung verschraubt sind. Der Schwellenschuh
liegt bei derartigen Konstruktionen auf einer Zentrierleiste auf, die auf dem
Brückenträger
aufgeschweißt ist. Auch bei dieser bekannten Befestigung ist ein mechanischer Verschleiß
der Unterseite der Brückenbalken im Bereich des Schwellenschuhes dauerhaft nicht
zu vermeiden. Auch ist die Konstruktion sehr aufwendig und deshalb teuer. Darüberhinaus
ist ein Umrüsten einer Brücke auf eine längsbewegliche Brückenbalkenlagerüng sehr
kostspielig und zudem aus Gründen der Nichteignung des Brückenwerkstoffes Stahl
für das Aufschweißen der Zentrierleisten nicht in jedem Falle durchführbar.
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Um diese Nachteile der bekannten Befestigungskonstruktionen z vermeiden,
wird gemäß Hauptpatent vorgeschlagen, anstelle einer starren Verbindung zwischen
den Brückenbalken und den Brückenträgern eine elastische kraftschlüssige Befestigung
vorzusehen.
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Diese kraftschlüssige elastische Verspannung der Brückenbalken mit
den Brückenträgern erbringt überraschenderweise einerseits die für hochbelastete
und schnell befahrene Geleise notwendige abhebungsfreie geschlossene Verbindung
zwischen den Brückenbalken und den Brückenträgern, andererseits werden jedoch die
beschriebenen Verschleißerscheinungen an den Brückenbalken im Bereich der Auflagefläche
auf den Trägern im Vergleich mit bekannten Befestigungskonstruktionen erheblich
reduziert. Dadurch wird die Unterhaltung derartiger Brückenbalken erheblich einfacher
und billiger. Auch ist die Erneuerung der Brückenbalken erst später als bisher erforderlich-.
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Ein wesentlicher Vorteil der Befestigung gemäß Hauptpatent ist ferner,
daß bereits bestehende Gleisanlagen auf Stahlbrücken auf relativ einfache Weise
mit geringem Kostenaufwand umgerüstet werden können. Lange Sperrzeiten für die Gleisanlagen
sind dabei nicht notwendig, da sich die Befestigungen auch während des Betriebes
in Zugpausen ohne großen Aufwand oder eine Veränderung der Brückenkonstruktion einbauen
lassen.
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Gemäß Hauptpatent ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das
Spannglied im Bereich des unteren Endes der Bolzenanordnung vorgesehen und in diese
integriert. Derartige Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, daß aufgrund der integrierten
Anordnung ein separates Spannglied, welches an der Bolzenanordnung bei der Montage
an einer vorgegebenen Stelle angeordnet werden muß, nicht existiert, so daß aufgrund
der Einteiligkeit von Bolzenanordnung und Spannglied die Montage relativ einfach
ist.
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Darüberhinaus liegt bei derartigen Ausführungsbeispielen die Spannmutter
aufgrund der Anordnung des Spanngliedes im Bereich des unteren Endes der Bolzenanordnung
auf der Oberseite des Brückenbalkens, so daß der nach der Montage erforderliche
Spannvorgang relativ einfach vorgenommen werden kann.
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Von gewissem Nachteil ist allerdings, daß beim Einschieben der Bolzenanordnung
in die vertikale Durchgangsbohrung von der Unterseite des Brückenbalkens her auf
eine genaue Lage des integrierten Spanngliedes auf dem Flansch des Trägers der Stahlbrücke
geachtet und ein Herausdrehen aus dieser Lage beim Einschiebe- und Spannvorgang
vermieden werden muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das beschriebene
Ausführungsbeispiel gemäß Hauptpatent derart weiterzubilden, daß ein Verdrehen der
Befestigung beim Einschiebe- oder Spannvorgang und damit eine versehentlich unkorrekte
Anordnung nicht möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bolzenanordnung
zwei nebeneinander angeordnete, parallel zueinander verlaufende Bolzen umfaßt, deren
untere Enden in das Spannglied übergehen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, anstelle der bisher aus
lediglich einem Bolzen bestehenden Bolzenanordnung nunmehr zwei nebeneinander angeordnete
und parallel zueinander
verlaufende Bolzen vorzusehen, deren untere
Enden in das integrierte Spannglied übergehen. Eine derartige Anordnung hat nicht
nur den Vorteil, daß aufgrund der nebeneinander angeordneten Bolzen ein Verdrehen
der Bolzenanordnung und damit des Spanngliedes sowie ein Kippen des Spanngliedes
im Falle ungünstiger Auflageverhältnisse nicht möglich ist, sondern darüberhinaus
den Vorteil, daß bei geringerem Querschnitt eine höhere Spannkraft bei ausreichend
langem Federweg erzielbar ist. Auch können Befestigungen dieser Art bei sämtlichen
Trägerflanschformen mit oder-ohne Neigung eingesetzt werden, ohne daß dabei Nachteile
in Kauf genommen werden müssen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist das Spannglied von einem Verbindungsstück gebildet, das zwischen den beiden
Bolzen angeordnet und einstückig mit deren unteren Enden verbunden ist. Bei einer
derartigen Anordnung hält das Verbindungsstück die beiden Bolzen in einer genau
vorgegebenen Stellung zueinander, so daß eine einfache Montage, d.h. ein problemloses
Einschieben von der Unterseite der Brückenbalken her möglich ist.
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Vorteilhaft ist es, daß das Verbindungsstück aus demselben Material
besteht wie der Bolzen. Auf diese Weise können das Verbindungsstück und die Bolzen
in einem einzigen Arbeitsgang geformt und in die richtige Lage zueinander gebracht
werden.
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Eine vorteilhafte Federcharakteristik für das Spannglied wird dadurch
erreicht, daß das Verbindungsstück als etwa W-förmige Federschleife geformt ist.
Eine derartige Anordnung läßt sich einfach durch Kaltbiegen herstellen und garantiert
bei hoher Spannkraft einen ausreichend langen Federweg.
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Zweckmäßig ist es, daß die freien Enden der W-förmigen Federschleife
in die unteren Enden der.Bolzen übergehen und zwischen sich eine U-förmige Mittelscheife
aufnehmen.
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Bei einer derartigen Anordnung ist es vorteilhaft, daß W-förmige Federschleife
im wesentlichen in einer durch die Bolzenachsen verlaufenden Ebene liegt und die
U-förmige Mittelschleife seitlich derart aus der Ebene herausgebogen ist, daß sie
mit der Ebene einen spitzen Winkel einschließt. Auf diese Weise wird der U-förmigen.Mittelschleife
in der Einsatzstellung eine von den unteren Enden der Bolzen her ansteigende Ausrichtung
verliehen, so daß für den Spannvorgang ein relativ langer Weg zur Verfügung steht,
bevor die U-förmige Mittelschleife aufgrund ihrer Anlage auf der Unterseite des
Trägers eine waagerechte Ausrichtung erfährt.
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Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis
ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel der Befestigung in einer Ansicht
in Schienenlängsrichtung, und Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1
in einer Ansicht quer zur Schienenlängsrichtung.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Brückenbalken
1 aus einer Holzschwelle, die auf ihrer Oberseite eine mit dem bekannten Befestigungsmitteln
2 festgelegte Schiene 3 trägt, von der lediglich ein Teil des Schienenfußes dargestellt
ist.
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Der Brückenbalken 1 ruht auf einem Träger 4 einer Stahlbrücke, der
im dargestellten Ausführungsbeispiel als Doppel-T-Träger ausgebildet ist. Vom Träger
4 ist in den beiden Figuren der Einfachheit halber lediglich die obere Hälfte mit
den beiden oberen Flanschen 4a und 4b dargestellt.
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Zur Aufnahme der Gleislängskräfte ist auf dem Träger 4 der Brücke
ein Winkeleisen 10 (vgl. Figur 2) derart festgeschweißt, daß der nach oben ragende
Schenkel 11 an der Seitenfläche des Brückenbalkens 1 anliegt. Der Schenkel 11 besitzt
ein vertikal verlaufendes Langloch, das mit einer horizontal durch den Brückenbalken
1 hindurchreichenden Bohrung fluchtet. In dieser Bohrung ist ein Bolzen 12 angeordnet,
mit dem der Brückenbalken 1 über eine Mutter mit Kontermutter mit dem Winkeleisen
10 verspannt ist.
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Die erfindungsgemäße Befestigung umfaßt zwei nebeneinander angeordnete,
parallel zueinander verlaufende Bolzen 5a und 5b, die sich jeweils durch eine vertikale
Durchgangsbohrung im
Brückenbalken 1 hindurcherstrecken. Jeder
der Bolzen 5a und 5b besitzt im Bereich seines oberen Endes ein Gewinde, auf dem
eine Unterlegscheibe und eine Mutter 7 angeordnet sind.
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Im Bereich des unteren Endes sind die Bolzen 5a und 5b mit einem Spannglied
22 ausgestattet, das.in die unteren Enden der Bolzen 5a und 5b übergeht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Spannglied 22 von einem
Verbindungsstück 23 gebildet, das zwischen den beiden Bolzen angeordnet und einstückig
mit deren unteren Enden verbunden ist. Dieses Verbindungsstück 23 besteht aus demselben
Material wie die Bolzen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsstück
23 als etwa W-förmige Federschleife geformt (vgl. Figur 2), deren freie Enden in
die Bolzen 5a und 5b übergehen.
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Diese.W-förmige Federschleife besitzt eine etwa U-förmige Mittelschleife
24, die zwischen den freien Enden der Federschleife liegt.
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Die W-förmige Federschleife ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
im wesentlichen in einer Ebene angeordnet, die durch die Achsen der beiden Bolzen
5a und 5b verläuft. Lediglich die U-förmige Mittelschleife 24 ist - wie aus Figur
1 hervorgeht - seitlich derart aus dieser Ebene herausgebogen, daß sie mit dieser
Ebene einen spitzen Winkel oG einschlieBt.