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Schienenbefestigung mittels elastischer Spannklemme
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Die Erfindung betrifft eine Schienenbefestigung mit einer Rippenplatte
und einer mittels einer durch eine Befestigungsschraube gehaltenen elastischen Spannklemme
aus Stabstahl in Form eines W, deren Mittelteil den Schaft der Befestigungsschraube
umschlingt und beim Niederpressen eine Spannwegbegrenzung mit der Rippe der Rippenplatte
findet, wobei die gegeneinanderlaufenden freien Enden der Spannklemme auf den Schienenfuß
drücken.
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Eine derartige Schienenbefestigung ist aus der DE-PS 1 261 151 bekannt.
Eine weitere Konstruktion zeigt die DE-PS 1 954 008. Bei diesen beiden vorbekannten
Schienenbefestigungen stützt sich die Spannklemme jeweils mit den an den Mittelteil
anschliessenden Bereichen an der Rippe bzw. auf der Rippenplatte ab; dadurch ergibt
sich ein Widerlager und eine Verdrehsicherung für die Spannklemme bei der Montage
und im fertig montierten Zustand der Schienenbefestigung.
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Neben den genannten Schienenbefestigungen mittels einer durch eine
Befestigungsschraube gehaltenen elastischen Klemme aus Stabstahl in Form eines W,
deren Mittelteil den Schaft der Befestigungsschraube umschlingt, während die gegeneinanderlaufenden
freien Enden des W auf den Schienenfuß drücken, gibt es auch Schienenbefestigungen
mittels elastischer Klemmen aus Stabstahl in anderen Konfigurationen, beispielsweise
U-förmige gebogene Federn aus Stabmaterial, deren freie Enden aus der Federebene
herausgebogen und entgegengesetzt auseinanderstrebend sind und den Schienenfuß auf
eine Unterlagplatte niederdrücken.
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Derartige Konstruktionen sind beispielsweise. in der DE-PS 17 84 462.1,
der DE-PS 21 22 431 sowie in der DE-PS 28 10 618 beschrieben. Bei diesen Schienenbefestigungen
ragt der Bogen des U des Klemmbügels, der sich jeweils auf der dem Schienenfuß abgewandten
Seite der Befestigungsschraube befindet, frei in der Ebene der Rippe der Rippenplatte
nach außen, wobei zusätzlich z.B. aber wie im Fall der DE-PS 21 22 431 durch eine
Druckplatte oder wie im Fall der DE-PS 28 10 618 durch Seitenanschläge fixiert ist;
in keinem Fall jedoch wie bei den beiden erstgenannten
Konstruktionen
nach unten gegen die Rippenplatte abgebogen ist, um dort ein Widerlagerbzw. eine
Drehsicherung zu finden. Die freien Enden der etwa U-förmig gebogenen Federklemmen
sind dabei unter Ausbildung umgebogener Abschnitte im Bereich des Schienen fusses
nach außen gebogen, um eine breitere Auflagefläche der Klemme auf dem Schienenfuß
zu erreichen.
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Mit zunehmenden Geschwindigkeiten und erhöhten Achslasten beim modernen
Eisenbahnbetrieb ergeben sich höhere Beanspruchungen der Schienen in vertikaler
Richtung, die versuchen, den Schienenfuß von den Schwellen abzuheben. Auch bei der
schnellen Kurvenfahrt ergeben sich hohe Beanspruchungen der Schiene durch horizontale
Kraftkomponenten, die ein Kippen der Schiene herbeizuführen suchen.
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Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Schienenbefestigung der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich eine verbesserte Federcharakteristik,
d.h. ein möglichst hoher Anpressdruck bei einem langen Federweg der Spannklemme
ergibt. Darüber hinaus soll eine möglichst vielseitig einsetzbare Schienenbefestigung
geschaffen werden, die für alle Schienenfußbreiten, in Weichen, insbesondere im
Herzstück- und auch im Laschenbereich, einsetzbar ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Schienenbefestigung
gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 gelöst, die sich durch die Merkmale des
Kennzeichens von Patentanspruch 1 auszeichnet. Zweckmäßige Weiterbildungen einer
derartigen Schienenbefestigung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vergleicht man die beiden eingangs erörterten Schienenbefestigungsarten
mittels federnder Spannklemmen, so wird erkennbar, daß die erfindungsgernäne onstruktion
ausgeht von der bekannten Form der Spannklemmen in Form eines W, wobei die Spannklemmen
jedoch anders als beispielsweise bei der Schienenbefestigung gemäß DE-PS 1 954 008
sich nicht auf der vom Schienenfuß abgewandten Seite auf der Rippenplatte abstützt,
sondern sozusagen freischwebend von der Rippe nach außen, d.h. zunächst von der
Schiene weg verläuft, wobei sich für die beiden Flügelenden der Spannkle-mme bis
zu ihrer Auflage am Ende auf dem Schienenfuß im eigentlichen Klemmbereich ein erheblich
längerer Torsionsfederweg zwischen dem Klemmbereich mittels der Befestigungsschraube
und den auf den SchienenfuS drückenden Flügelenden der Spannklemme ergibt. Mit anderen
Worten erzielt man durch den Verzicht auf die rückwärtige Abstützung einen längeren
freien Torsionsweg, auf den im einzelnen später noch im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung
eingegangen wird.
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Dadurch läßt sich aber auch eine schmale und niedrige Bauweise der
Spannklemme der erfindungsgemäßen Schienenbefestigung erreichen, die sie zum Einsatz
auch bei schmalen Schienenfüssen im Weichenbereich sowie im Herzstück- und Laschenbereich
geeignet macht.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung des in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: einen Querschnitt durch ein Schienenprofil,
bei welchem die linke Seite der
Schi enenbe festigung in Ansicht
und die rechte Seite der Schienenbefestigung im Schnitt gezeichnet sind: Fig. 2:
die Draufsicht auf die Schienenbefestigung gemäß Fig..l, wobei allerdings auf der
linken Seite die Mutter und Unterlegscheibe der Befestigungsschraube entfernt sind:
Fig. 3: . eine Draufsicht auf die Spannklemme der erfindungsgemäßen Schienenbefestigung;
Fig. 4: eine Seitenansicht der Spannklemme von der Schiene her gesehen; Fig. 5:
ein Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3 durch die Spannklemme; Fig. 6: ein Diagramm,
in welchem die Feder.kennlinie für die erfindunsgemäße Schienenbefestigung dargestelit
ist; Fig. 7: eine Seitenansicht der Spannklemme in Vormontagestellung.
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In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Schienenbefestigung auf der linken
Hälfte in Ansicht und auf der rechten Hälfte im Schnitt dargestellt. Wie man erkennt,
handelt es sich bei der dargestellten Schienenbefestigung um die übliche Schienenbefestigung
auf Holzschwellen, bei welcher die Schiene 1 unter Vermittlung einer Zwischenlage
2 zwischen den Rippen3o der Rippenplatte 3 auf einer Holzschwelle 4 befestigt ist.
Die Befestigung der Rippenplatte 3 auf der Holz-
schwelle 4 erfolgt
in bekannter gleise mittels der Schwellenschrauben 5, welche die Rippenplatte 3
unter Vermittlung von Federringen, 6 auf die Holzschwelle 4 spannen.
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Die Schiene 1 wird zwischen den Rippen 3a cer Rippenplatte 3 im Bereich
des beidseitigen Schienenfusses la mittels der Spannklemmen 7 dauerna kraftschlüssig
niedergehalten. Bei der gezeigten Befestigungsart liegen die Spannklemmen 7 auf
den Rippen 3a auf und werden mittels der an der Rippe verankerten Befestigungsschraube
in Form einer Hakenschraube 8 mit tter 9 und Unterlegscheibe 10 gespannt. Die Montage
erfolgt in bekannter Weise mittels eines Drehmomentwerkzeuges mit Rutschkupplung.
Die voile Anpresskraft der Spannklemme 7 auf den Schienen fluß la ist erreicht,
wenn der mittlere Klemmbereich 7d auf die Rippe 3a der Rippenplatte s vollständig
au liegt.
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Die besondere Formgebung der für die erfindungsgemäße Schienenbefestigung
verwendeten Spannlee 7 ist besonders gut aus den Figuren 3, 4 und 5 erkennbar.
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Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 etwas vergrößerte Draufsicht auf
die Spannklemme gemäß der rechten Seite in Fig. 2, jedoch im ungespannten Zustand
und ohne die Befestigungsmittel 8, 9, 10 der Rippenplatte 3. Wie man aus der Draufsicht
von Fig. 3 erkennt, ist das Mittelteil 7e der Spannklemme etwas mehr als halbkreisförmig
zusammengebogen, so daß sich die Schenkel 7d der Spannklemme 7 im Klemmbereich bis
auf einen Abstand 11 aufeinanderzubewegen, der geringer ist als der Durchmesser
des Schaftes der Ha:censchraube 8. Nach den Bereich der dichtesten Annäherung der
beiden Schenkel beim Abstand 11 entfernen sie sich
symmetrisch
zur Mittellinie V-V wieder voneinander.
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Anschliessend gehen sie in die etwa parallel zur Schiene verlaufenden
Außenbereiche 7c über, die zunächst, wie man insbesondere aus Fig. 4 erkennt, etwa
horizontal verlaufen, dann aber in die AuBenbogenbereiche 7b aufgewölbt sind und
dort unter Überbrückung der Rippen 3a gegen die Enden 7a wieder abwärts gebogen
sind, so daß die Enden im Montagezustand auf den Schienenfuß la drücken.
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Die räumliche Formgebung der Spannklemme 7 ist so gewählt, daß der
Mittelteil 7e, der gegenüber dem Klemmteil 7d in einer bevorzugten Ausführung, wie
man besonders gut aus den Figuren 4 und 5 erkennt, etwas nach abwärts gebogen ist,
im Montagezustand der Spannklemme 7 in einem lichten Abstand über dem Schienenfuß
la zu liegen kommt, um als zusätzlicher Kippschutz erst in Einsatz zu gelangen,
wenn die Schiene 1 infolge einer Anhebung um diesen Abstand mit ihrem Fuß la auch
noch zusätzlich in Kontakt mit dem Mittelteil 7e der Spannklemme 7 gelangt. Dieser
Zustand kann auch durch eine Belastung der Spannklemme 7 simuliert werden. Bei dieser
Belastung kommt die Unterkante des Mittelteils 7e der Spannklemme 7 in Kontakt mit
dem Schienenfuß und es ergibt sich der Knickpunkt im Federwegdiagramm gemäß Fig.
6.
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Der hohe Anpressdruck, den die Schienenbefestigung über einen langen
Federweg auf den Schienenfuß ausübt, ergibt sich aus dem langen unterstützungslosen
Torsionsweg der Spannklemme 7, die nach dem Verlassen ihres Einklemmbereiches 7d
ohne Berührung cer Rippen 3a, der Rippenplatte 3 in ihren Bereichen 7b und 7c sozusagen
freischwebend in den von der Schiene abge-
kehrten Bereichen parallel
zu den Rippen Sa verlaufen und dann diese überspannend in ihrem Endbereich 7a bis
zum Eingriff auf dem Schienenfuß la abwärts gebogen sind. Dieser Verlauf der Flügelenden
der Spannklemme 7 gewährleistet den erwünschten Anpressdruck der Spannklemmenenden
7a auf den Schienenfuß. Der Verlauf der Federkennlinie gemäß Fig. 6 vor dem Knickpunkt
veranschaulicht dies deutlich.
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Der bewußte Verzicht auf ein Widerlager für die Spannklemme 7 an der
Rippenplatte 3 im Bereich der dem Schienenfuß la abgewandten Bereiche bringt zv1ar
den Nachteil einer asymmetrischen Belastung der Hakenschraube 8 mit. Dieser Nachteil
uiro jedoch in Kauf genommen, um die'höheren freien Torsionswegezur Verfügung zu
haben. Im übrigen haben zwischenzeitlich mit der neuen Schienenbefestigung durchgeführte
dynamische Versuche gezeigt, daß die asymmetrische Belastung der Hakenschraube 8
zu keinem negativen Ergebnis führt. Diese Versuche wurden bei über 8 Mio.
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Lastwechseln beendet und ergaben, daß die für die erfindungsgemäße
Schienenbefestigung verwendete Spannklemme selbst bei um mehr als 20% vergröerter,
als vorgeschriebener Schwingweite, dauerfest ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Spannklemme 7 beträgt
deren Gesamtlänge 12 mindestens das 3-fache der Längserstreckung 13 in ihrem zentralen
Klemmbereich 7d. Ferner sollte der Abstand 14 zwischen den Enden 7a der Spannklemme
7 um mindestens den halben Profildurchmesser des für die Spannklemmenherstellung
verwendeten Stabstahls größer sein als die Längserstreckung 13 im mittleren Klemmbereich,
so daß im Montagezustand der Spannklemme 7 auf dem
Schienenfuß
la ein Abstand zwischen den Enden 7a der Spannklemme 7 und dem Mittelteil 7e verbleibt.
Dadurch ist sichergestellt, daß sowohl der Mittelteil 7e als auch die Enden 7a der
Spannklemme 7 ihre jeweilige Federwirkung im Belastungszustand unabhängig voneinanaer
ausüben können.
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Die Formgebung der Spannklemme 7 in den Bereichen 7e und 7d mit der
Annäherung der beiden Schenkel 7d bis auf den Abstand 11 gewährleistet erstmals
die Vormontage der Spannklemme auf einer Rippenplatte 3, in dem die Hakenschrauben
8 die Spannklemme 7 auf der auf den Schwellen montierten Rippenplatten in einer
Lage halten, in der der Einsatz der Schiene 1 von oben möglich ist, ohne daß die
Schienenfüsse la in Eingriff mit den Spannmitteln geraten. Die Formgebung der Spannklemme
7 mit den außen neben den Rippen 3a verlaufenden Bereichen 7c gestattet bei gelockerter
Mutter 9 die Hakenschraube 8 in eine solche Schräglage von der Schiene nach außen
zu bringen, daß die Bereiche 7c praktisch in Anlage auf der Oberfläche der Rippenplatte
3 gelangen und in dieser Stellung die am weitesten nach innen vorragenden Spannklemmenenden
7a außerhalb des senkrechten Projektionsbereiches der Schienenfüsse la tu liegen
kommen. Somit ist eine von den meisten Bahnverwaltungen gewünschte bzw. vorgeschriebene
Vormontagestellung auch mit der erfindungsgemäßen Schienenbefestigung möglich. Eine
derartige Vormontagestellung ist am Beispiel der in Fig. 7 gezeigten linken Teilansicht
veranschaulicht.
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Es versteht sich, daß die in der Zeichnung am Beispiel einer Holzschwelle
4 gezeigte Schienenbefestigung mit der neuen Spannklemme erfolgreich auch bei Schienenbefestigungen
mittels Rippenplatten auf anderen Schwellen wie Stahl schwellen und Betonschwellen
zum Einsatz gelangen kann.
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