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Elastische Schienenunterlage für
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Schienenfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische
Unterlage für Schienenfahrzeuge bestehend aus einer Bodenplatte, einer Halteplatte
und einer Schienentragplatte und wobei zwischen zur Senkrechten geneigt angestellten
und winklig zueinander angeordneten Stützflächen der Boden- und Halteplatte parallel
dazu verlaufende Stützflächen der Schienentragplatten Gummiplatten liegen und Halteplatte
und Bodenplatte parallel zueinander und übereinander liegende Randteile aufweisen.
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Zur Abstützung von Schienen für Schienenfahrzeuge dienen üblicherweise
Schwellen aus Holz, Beton oder Stahl. Diese sind in Schotter eingebettet, um eine
feste Grundlage mit einer gewissen Nachgiebigkeit zu erreichen. Eine unmittelbare
elastische Lagerung der Schienen besteht dabei nicht, so daß das Befahren solcher
Schienen mit Schienenfahrzeugen eine störende Belästigung für die Umwelt entsteht.
Diese Störung verbreitet sich als Luftschall und in besonderer Weise auch als görperschall
im Boden. Für wenig besiedelte Gebiet kann dies hingenommen werden. In Städten,
in Gebieten mit dichter Besiedelung, auf Brücken und in Tunneln werden die Schienen
häufig auf elastischen Unterlagen abgestützt, um den Luftschall zu vermindern, insbesondere
aber um den in den Untergrund gehenden Körperschall zu reduzieren.
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Derartige elastische Unterlagen für Schienen sind in unterschiedlicher
Weise aufgebaut, da sie auf zusätzliche unterschiedliche Zielsetzungen ausgerichtet
sind. Die wesentlichen Bestandteile solcher Schienenunterlagen sind Metallplatten,
die die Schienen tragen und die am Untergrund etwa auf Beton befestigt sind und
Gummikörper, die zwischen diesen beiden Metallplatten angeordnet sind.
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Bei der Gestaltung solcher elastischer Schienenunterlagen wird im
allgemeinen berücksichtigt, ob das Schienenfahrzeug schnell oder langsam fährt und
ob die Achslasten der Fahrzeuge groß oder klein sind. Auch die Strucktur des Untergrundes
ist für die Lagerung der Schiene bei der Schallweitergabe von Bedeutung. Bei Schienen,
die über Brücken und anderen Kunstbauwerken in unmittelbarer Nähe von Wohngebieten
führen, sind besondere und hohe Anforderungen hinsichtlich der Unterdrückung der
Schallweitergabe zu berücksichtigen.
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Allen diesen unterschiedlich gestalteten elastischen Lagerelementen
ist gemeinsam, daß sie eine festgelegte unveränderliche Federkonstante haben. Sie
sind daher stets auf einen bestimmten Anwendungsbereich ausgerichtet und können
daher ihre maximale Wirkung zur Körperschallisolierung nur in bestimmten Anwendungsbereichen
entfalten. Ein derartiges elastisches Schienenlager ist z,B, in der OS 30 30 937
beschrieben.
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Bs sind zwar auch elastische Lager für Schienen bekannt, bei denen
durch eine Verstellbarkeit eine Änderung der Federkonstanten möglich ist. Eine solche
Unterlage ist z.B0 in der britischen Patentschrift 15 56 111 beschrieben.
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Elastische Schienenunterlagen mit diesem Aufbau haben aber verschiedene
andere Nachteile . So ist die seitliche Neigung einer Schiene auf einer derartigen
Schienenunterlage in einer solchen Weise möglich, daß sie eine Gefährdung für das
Schienenfahrzeug darstellen kann. Auch der Herstellungsaufwand für derartige elastische
Schienenunterlagen mit Verstellbarkeit in der Vorspannung ist relativ groß.
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Ausgehend von der eingangs beschriebenen elastischen Schienenunterlage
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schienenunterlage zu schaffen, bei
der die Federkonstante durch eine unterschiedliche einstellbare Vorspannung der
Gummiplatten verändert werden kann und bei der die Unterlage sich ferner durch einen
einfachen Auf bau und wirtschaftliche Herstellbarkeit auszeichnet, Die Lösung dieser
Aufgabe besteht bei der eingangs umrissenen Schienenunterlage darin, daß zwischen
den einander zugekehrten Flächen der Randteile Gummi leisten liegen und die Randteile
auf unterschiedliche Abstände vorspannbar sind.
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Zur Erzeugung einer verstellbaren Vorspannbarkeit dienen vorzugsweise
Schrauben. Wird bei einer solchen Schienenunterlage die Vor spannung in den Gummileisten
durch Anziehen oder Lösung der Schraubbolzen verändert, so gelangen auch die zwischen
Tragplatte einerseits und Halteplatte und Bodenplatte andererseits liegenden Gummiplatten
in unterschiedliche Vorspannungszustände. Dementsprechend ändert sich die Federkonstante
C gemäß dem Quotienten Pf , Kraft durch Federweg. Infolgedessen wird aber auch die
Eigenfrequenz gemäß der Formel
verändert. Mittels der Veränderung der Vor- -spannung wird daher auch die Eigenfrequenz
ne des Lagers verändert. Je nach den lokalen Anforderungen an die elastische Unterlage
kann man diese daher auf einfache Weise den speziellen Anforderungen anpassen. Für
die optimale Anpassung können Berechnungen oder auch Versuche an Ort und Stelle
zu der passenden Vorspannung bzw. Eigenfrequenz des Lagers herangezogen werden.
Bei der Einstellung der Eigenfrequenz der Schienenunterlage kommt es darauf an,
diese Eigenfrequenz entweder m4¢ichi tief zu legen oder aber sie außerhalb des Resonanzbereiches
zu bringen, die für den Untergrund der Schienenunterlage ermittelt worden ist.
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Wichtig ist, daß Resonanzerschienungen über die elastische Unterlage
weitgehend vermieden werden. Wird zusätzlich für eine hinreichende Dämpfung gesorgt,
so kann dadurch die Weiterleitung von Körperschall in den Untergrund hinein in erheblichem
Maße herabgesetzt werden0 Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schienenunterlage
ist eine Anpassung auf unterschiedliche Untergrundzustände leicht möglich, Man kommt
daher im allgemeinen mit einem Elementtyp aus0 Allenfalls können in Anpassung an
die Größenordnung der Kräfte unterschiedliche Größen der Schienenunterlage erforderlich
sein Es ist auch nicht erforderlich, bei solchen elastischen Schienenunterlagen
zur verbesserten Anpassungsfähigkeit und zur Veränderung der Federkonstante unterschiedliche
Anstellwinkel für die abstützenden Gummiplatten vorzusehen. Wegen der erwünschten
Dämpfung können jedoch unterschiedliche Kautschukmischungsqualitäten vorgesehen
sein. Auch ist es möglich, die Gusiplatten durch eingebettete Metallplatten aufzugliedernO
Eine Umgestaltung der tragenden Metallteile ist jedoch nicht erforderlich.
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Die elastische Schienenunterlage kann sowohl als ringförmiges Element
als auch in Viereckform hergestellt sein0 Die Unterlage kann auch aus einfachen
kurzen Stücken bestehen, die jeweils an die Stelle einer Schwelle treten. Da die
in der Schienenunterlage auftretenden Kräfte ihre Wirkung im wesentlichen quer zur
Schiene entfalten, sind die Schienenunterlagen so gelegt, daß ihre Metallteile parallel
zu der Schiene verlaufen.
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Die für die Verstellbarkeit der Vorspannung erfindungswesentliche
Q Gummileiste kann als Streifen mit quer- oder längsverlaufenden Riefen ausgebildet
sein, Auch zapfenförmige Vorsprünge sind denkbar.
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Die Riefenhöhe kann von der Shore-Härte der Gummileiste abhängig sein.
Für die Gummileistengestaltung ist es wichtig, daß die beiden Randteile durch Schraubbolzen
zwischen bestimmten Grenzwerten der Vorspannung verstellt werden können. Von einem
mittleren Verformungszustand aus soll die Verformungsfähigkeit in Richtung auf eine
Entspannung und auf eine Spannungsverstärkung mindestens etwa je 5 mm betragen.
Die Gummi leiste weist zweckmäßigerweise eine Stärke von etwa 20 mm auf. Die Riefen
können dabei etwa 5 mm dick sein und einen Abstand von 5 mm aufweisen. Die Nuten
sind jedoch tiefer, damit sie für den Verformungsvorgang ausreichen.
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Die Gummileiste kann im einfachen Fall zwischen die Randteile gelegt
werden. Es ist aber auch möglich, daß die Gummileisten auf einem dieser Randteile
oder auf beiden durch Haftung fixiert sind. Auf diese Weise ist die Verlegung derartiger
Schienenunterlagen vereinfacht. Die Leisten können auch aus Schaumkunststoff wie
z.B. Polyurethan bestehen, wenn der Verformung ein nicht zu kleiner Widerstand entgegengesetzt
wird. Auch kann die Gnmmileiste einstückig mit einer der Gummiplatten ausgebildet
sein. Dies kann für die Herstellung eine vorteilhafte Anpassung an die späteren
Anforderungen darstellen.
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Die Erfindung wird in Verbindung mit einer grafischen Darstellung
und einer Abbildung beispielsweise beschrieben.
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Aus der grafischen Darstellung sind die Zusammenhänge zwischen Federkonstante
und Eigenfrequenz ersichtlich.
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Im Diagramm ist die Kraft P in KN und der Federweg f in mm aufgetragen,
Die beiden Kurven 1 und 2 zeigen zwei Einfederungsvorgänge beim gleichen Federelement
unter verschiedener Vorspannung.
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Die Kurve 1 verläuft unter erhöhter Vorspannung, so daß er bei einer
bestimmten Kraft ein kleiner Einfederungsweg zurückgelegt wird, als bei der Kurve
2. Die Steilheit dieser beiden Kurven stellt die unterschiedliche Federcharakteristik
des unterschiedlich vorgespannten Federelementes dar. Aus der Beziehung zwischen
Eigenfrequenz und der Funktion von Federkonstante und Nasse çremäR der Formel
läßt sich die Eigenfrequenz ne ermitteln. In der praktischen Anwendung muß dafür
Sorge getragen werden, daß die Eigenfrequenz des Federelementes möglichst niedrig
oder möglichst weit von dem Maximum des Eingenfrequenzspektrums des Untergrundes
weg liegt.
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Es ist darauf abzustellen, daß möglichst keine oder nur geringe Re
sonanzerscheinungen auftreten können.
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Die Abbildung zeigt einen Querschnitt durch eine elastische Schienenunterlage
gemäß der Erfindung. Auf dem Betonuntergrund 1 ist eine Bodenplatte 2 befestigt.
Die Befestigungsmittel für die Bodenplatte 2 können außerhalb oder auch unterhalb
der Schienenprojektion liegen. In der folgenden Beschreibung erfolgt die Bezugnahme
jeweils nur auf die eine Hälfte des Lagers. Es besteht natürlich Analogie zur anderen
Seite. Die Grundplatte weist ein zur Senkrechten geneigtes Teil 3 auf, das in ein
Randteil 4 übergeht.
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Oberhalb des Randteils liegt die Halteplatte 5, die ebenfalls in ein
Randteil 6 übergeht, das zu dem Randteil 4 parallel verläuft. Die Schiene 7 ist
auf einer Schienentragplatte 8 befestigt. An den Rändern geht diese Schienentragplatte
8 in abgewinkelte Bereiche 9 und 10 über. Diese verlaufen parallel zu den Plattenteilen
3 und 5. Zwischen diesen Plattenteilen 3 und 5 und den Bereichen 9 und 10 der Schienentragplatte
8 sind Gummiplatten 11 und 12 angeordnet.
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Durch SChrabbolzen 13 können die Randteile 4 und 6 zusammengepreßt
werden, wobei sich die Gummi leiste t4 verformt. Im mittleren Bereich der Zusammenpressung
ist die Gummileiste 14 etwas mehr als die Hälfte verformt.
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Durch dieses Zusammenpressen werden auch die Gummiplatten 11 und 12
einer Vorspannung unterworfen. Diese Vorspannung ist maßgebend für die Federkonstante
des Lagers. Durch eine Vorspannung mittels des Schraubbolzens13 kann die gewünschte
Vorspannung erreicht werden. Die mit Riefen versehene Gummi leiste kann frei beweglich
zwischen den Randteilen 4 und 6 liegen; sie kann aber auch mit dem Randteil 4 haftend
verbunden sein. Außerdem ist es möglich, daß sie mit der Gummiplatte 12 bzw. 11
einstückig ausgebildet ist.
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L e e r s e i t e