-
Zweck derartiger Klemmverbindungen ist es bekanntlich, die aus der
Belastung des Streckenausbaus resultierenden Biege- und Normalkräke von einem Rinnenprofilsegment
auf das folgende Rinnenprofilsegment zu übertragen. Um hierbei die sich in der Regel
aus
mehreren Rinnenprofilsegmenten zusammensetzenden Streckenausbaubögen möglichst lange
funktionsfähig zu erhalten, ist man bestrebt, die zu übertragenden Normalkräfte
in ihrer Höhe zu begrenzen. Dazu sollen die Klemmverbindungen einen weitgehend exakt
vorbestimmbaren Einstellwert erhalten, welcher gleichbedeutend mit dem Einschubwiderstand
ist. Wird dieser Einstellwert erreicht, beginnen die Rinnenprofilsegmente sich relativ
zueinander zu verschieben, was mit einer Vergrößerung der Überlappungsbereiche und
mit einer Querschnittsverringerung des jeweiligen Streckenausbaubogens verbunden
ist.
-
Ferner wird in der Praxis angestrebt, eine auf den jeweiligen Einsatzfall
abgestimmte Profilgröße der Rinnenprofilsegmente auch wirtschaftlich zu nutzen.
Es soll ein möglichst hoher Einschubwiderstand erreicht werden. Andererseits ist
jedoch dafür Sorge zu tragen, daß der den Einschubwiderstand bestimmende Einstellwert
nicht so hoch gewählt wird, daß es zu einem Blockieren der Klemmverbindung kommt.
Eine derartige Verstarrung hätte nämlich unweigerlich eine Zerstörung der Klemmverbindung
oder sogar des gesamten Streckenausbaubogens zur Folge.
-
Die Erfüllung der voraufgehend geschilderten Anforderungen ist folglich
immer mit Kompromissen bei der Ausgestaltung der Laschen einerseits sowie der Spannschrauben
und Spannmuttern andererseits verbunden.
-
Unter diesen Voraussetzungen haben sich bislang die mehrteiligen Klemmverbindungen
der geschlossenen Bauart am besten bewährt. Verlagern sich bei Erreichen des Einstellwerts
die Rinnenprofilsegmente relativ zueinander, so bleibt die parallele Lage der Oberlaschen
und Unterlaschen zu den Rinnenprofilsegmenten weitgehend erhalten. Dabei wird durch
die U-förmige Gestaltung der Oberlaschen mit bis zu den Profilflanschen des umgreifenden
Rinnenprofilsegments heruntergezogenen Laschenflanschen der Abstand zwischen den
krafteinleitenden Bereichen der Spannschrauben und Spannmuttern derartig verringert,
daß sich bei der Relativbewegung der Rinnenprofilsegmente eine vergleichsweise nur
geringe Schrägstellung der Spannschrauben ergibt. Diese geringe Schrägstellung gewährleistet
auch dann noch die notwendige Sicherheit gegen das unerwünschte Verstarren einerseits
sowie gegen einen Abfall des Einschubwiderstands andererseits, wenn die Klemmverbindung
bei der Relativverlagerung der Rinnenprofilsegmente losgebrochen sein sollte.
-
Die kritischen Bauteile der in Rede stehenden Klemmverbindungen sind
durchweg die Spannschrauben. Diese sind aufgrund von Zug, Biegung in zwei Achsen
und Scherung mehrachsigen Belastungen ausgesetzt, welche spezielle Überlegungen
für ihre Ausgestaltung und ihre Eingliederung in eine Klemmverbindung der geschlossenen
Bauart erfordern. Als einfachste Lösung würde sich eine entsprechend starke Dimensionierung
der Spannschrauben anbieten, um den erwähnten Belastungen entgegenzuwirken. Diesem
Lösungsgedanken steht jedoch entgegen, daß zur Erzielung eines möglichst hohen Einschubwiderstands
das beim Anziehen der Spannschrauben maximal erreichbare Anzugsmoment auch möglichst
verlustfrei in die notwendige Vorspannkraft umzusetzen ist Dieser Bedingung kann
man indessen bevorzugt mit Spannschrauben gerecht werden, die bei möglichst kleinem
Gewindedurchmesser ein weitgehend ausgewogenes Verhältnis der Gewindelänge zum Gewindedurchmesser
aufweisen.
-
Zur Erzielung eines harmonischen Kraftflusses zwischen Oberlasche
und Spannschrauben hat man gemäß
der DE-OS 28 50 350 die Spannschrauben mit zur Längsachse
rechtwinklig nach außen abgekröpften Köpfen versehen. Auf diese Weise konnten die
Längsachsen der Spannschrauben zwar nahezu in Verlängerung der Schenkel der Oberlasche
angeordnet und damit nahc an die Profilflansche herangerückt werden, dies mußte
jedoch mit einem verschlechterten Kraftfluß in den Spannschrauben erkauft werden,
da die Schraubenköpfe an den seitlich wegkragenden Oberflächen der Laschenflansche
zur Anlage gelangen.
-
Bei einer anderen Bauart (DE-PS 27 24 891) wurde Wert auf einen harmonischen
Kraftfluß in den Spannschrauben gelegt. Zu diesem Zweck erhielten die Spannschrauben
hammerkopfförmige Schraubenköpfe, deren Symmetrieachse sich quer zu den Rinnenprofilsegmenten
erstreckt. Eine solche Ausgestaltung der Spannschrauben ist aber mit einer eigens
daran angepaßten Ausbildung der Oberlasche verbunden und führt zwangsläufig zu einem
vergrößerten Abstand der Krafteinleitungspunkte zu den Kraftableitungspunkten.
-
Hieraus resultiert eine hohe Biegebelastung der Oberlasche, wozu diese
entsprechend stark dimensioniert werden muß.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des
Anspruchs 1 beschriebene mehrteilige Klemmverbindung so zu verbessern, daß unter
Einhaltung eines möglichst hohen Einschubwiderstands über den gesamten Verschiebebereich
dennoch mit ausreichender Sicherheit eine Verstarrung verhindert und bei möglichst
geringem Materialeinsatz durch eine geeignetere Integration der Spannschrauben ein
harmonischerer Kraftfluß zur Erhöhung der Belastungsfähigkeit erzeugt wird.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
-
Die Krümmung der Spannschrauben unterhalb der hammerkopfartig gestalteten
und in beiden Achsen ballig geformte Auflageflächen aufweisenden Schraubenköpfe
schafft in Verbindung mit der speziellen Profilierung der Oberlasche die Voraussetzungen
dafür, daß nunmehr sowohl der Kraftfluß Spannschrauben-Laschenschenkel als auch
der Kraftfluß innerhalb der Spannschrauben im Vergleich zu den bekannten Bauarten
harmonischer verläuft. Der allmähliche bogenförmige Übergang zu den seitlich versetzten
Schraubenköpfen führt in Verbindung mit der zweifachen Balligkeit bei Auflastungen
der Spannschrauben überwiegend zu Normalkräften und zu nur geringen Biegekraftüberlagerungen.
Damit kann die Belastungsfähigkeit der Klemmverbindung erheblich heraufgesetzt werden.
-
Eine Nutzung dieser erhöhten Belastungsfähigkeit kann darin bestehen,
daß durch Erhöhung der Schrauben-Anzugsmomente höhere Einschubwiderstandswerte vorgegeben
werden können, ohne daß die Spannschrauben stärker dimensioniert werden müssen.
Bei im Vergleich zu Verbindungen nach dem Stand der Technik gleichen Einschubwiderständen
wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale ein größerer Sicherheitsabstand
gegen eine Verstarrung in den Überlappungsbereichen gewährleistet. Darüber hinaus
kann bei gleichem Einschubwiderstand wegen der erhöhten Traglast eine geringere
Profilüberlappung zugelassen werden. Hiermit ist eine Materialeinsparung bei den
Rinnenprofilsegmenten verbunden, was eine wirtschaftlichere Ausnutzung der jeweils
eingesetzten Rinnenprofilsegmente zur Folge hat.
-
Bei der Fertigung der Oberlasche aus einem genuteten
und
vorgelochten Halbzeug werden die Durchtritte für die Schraubenschäfte in den Übergangsbereichen
derart verringert, daß die gemeinsamen Berührungslinien der Übergangsbereiche und
der Unterseiten der Schraubenköpfe möglichst nahe an die Schraubenschäfte heranrücken.
-
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens
sind Bestandteil der Merkmale der Ansprüche 2 und 3.
-
Die spezielle Profilierung der Oberlasche bietet in Verbindung mit
den Merkmalen des Anspruchs 4 noch einen weiteren wesentlichen Vorteil. Die Längsnute
in der Oberlasche führt nämlich zu einem geringeren Widerstandsmoment und damit
zu einer biegeweicheren Oberlasche. Die bei Belastung auftretende Biegekraft zieht
die Laschenschenkel mehr an die Profilflansche heran, so daß diese innig umklammert
werden. Dabei bleibt aber der elastische Anteil der Vorspannung in der Klemmverbindung
erhalten. Bei Anlage der Laschenschenkel an den Profilflanschen ist die Biegeverformung
beendet Die Klemmverbindung versteift sich, d. h. die Last-Weg-Kennlinie nimmt einen
steileren Verlauf.
-
Während nach den Merkmalen des Anspruchs 5 die endseitig des umgreifenden
Rinnenprofilsegments angeordnete Oberlasche zu beiden Seiten der Längsnute spiegelbildlich
profiliert ist, erhält die endseitig des innenliegenden Rinnenprofilsegments angeordnete
Oberlasche gemäß Anspruch 6 eine querschnittsmäßig unterschiedlich starke Profilierung
beiderseits der Längsnute.
-
Auf diese Weise können an der Längsseite des im Querschnitt größeren
Seitenbereichs entlang des Laschenstegs in Richtung zum umgreifenden Rinnenprofilsegment
leistenartige bzw. nasenartige Abkantungen als Anschläge für die Stirnfläche des
innenliegenden Rinnenprofilsegments ausgeformt werden.
-
Die dachartigen Abschrägungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7
verringern in Verbindung mit der Längsnute den Materialeinsatz und erleichtern die
Relativbewegungen zum Gebirgsmantel beim Verkleinern des Streckenquerschnitts.
-
Die Merkmale des Anspruchs 8 verbessern das Zusammenwirken der Spannschrauben
mit der Unterlasche. Gewiß ist das Zusammenwirken der Unterlasche mit den Spannschrauben
weniger komplex als das Zusammenwirken der Spannschrauben mit der Oberlasche. Die
erfindungsgemäße Ausbildung erlaubt es jedoch, die Belastungsfähigkeit bei verbessertem
Gebrauchsverhalten noch mehr zu erhöhen. Hierbei wird der Querschnitt der gesamten
Unterlasche konsequent nach dem Prinzip eines Biegebalkens gleicher Spannung gestaltet.
Dies ist an sich nicht neu, jedoch trägt es mit zur Verbesserung der Klemmverbindung
bei. Dadurch, daß in den Unterseiten der Laschenflanschen die zylindermantelförmig
gestalteten Aussparungen mit bevorzugt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 den Radien
der kugeligen Flächen der Spannmuttern entsprechenden Radien angeordnet sind, haben
diese Flächen eine gemeinsame Berührungslinie, die rechtwinklig zu der Berührungslinie
der Schraubenköpfe und der Oberlasche und damit ebenfalls rechtwinklig zur Bewegungsrichtung
der Rinnenprofilsegmente beim Einschub liegt.
-
Beim Aufbringen des Schraubenanzugsmoments entstehen an der Berührungslinie
Preßkräfte in einer Größenordnung von mindestens 100 kN, so daß sich die Berührungslinie
zu einer zweifach gekrümmten Anlagefläche verbreitert. Bei Verlagerung der Rinnenprofilsegmente
und geringfügiger Schrägstellung der Spannschrauben können sich dann die kugeligen
Flächen der Spannmut-
tern auf diesen verbreiterten Flächen abwälzen.
-
Weitere Ausgestaltungen der Unterlasche sind dann Bestandteil der
Ansprüche 10 und 11.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in der Seitenansicht den
Überlappungsbereich zweier in Längsrichtung eines Streckenausbaubogens aufeinanderfolgender
Rinnenprofilsegmente mit zwei mehrteiligen Klemmverbindungen; F i g. 2 einen vertikalen
Querschnitt durch das umgreifende Rinnenprofilsegment entlang der Linie Il-ll der
Fig. 1, teilweise zusätzlich geschnitten; F i g. 3 einen Schnitt durch einen Flansch
der Oberlasche entlang der Linie 111-111 der F i g. 2; F i g. 4 einen Schnitt durch
den Steg der Oberlasche entlang der Linie IV-IV der F i g. 2; F i g. 5 einen Schnitt
durch eine Spannschraube entlang der Mittellinie V-V der Fig. 2; Fig. 6 einen vertikalen
Querschnitt durch das innenliegende Rinnenprofilsegment entlang der Linie Vl-Vl
derFig. 1; F i g. 7 einen Schnitt durch den Steg der Oberlasche entlang der Linie
VII-VII der Fig. 6; F i g. 8 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch den
Flansch einer Unterlasche; F i g. 9 eine Ansicht auf die Unterseite des Laschenflansches
gemäß dem Pfeil IX der F i g. 8 und F i g. 10 einen vertikalen Schnitt durch den
Laschenflansch der F i g. 8 entlang der Linie X-X.
-
Zur Verspannung der sich mit ihren Endabschnitten 1, 2 überlappenden
und sich mit ihren Flanschen 3, 4 aufeinander abstützenden Rinnenprofilsegmente
5, 6 im Sinne der Einstellung eines vorbestimmten Einschubwiderstands dienen gemäß
F i g. 1 die jeweils endseitig des innenliegenden Rinnenprofilsegments 6 und endseitig
des umgreifenden Rinnenprofilsegments 5 angeordneten mehrteiligen Klemmverbindungen
7, 8.
-
Beide Klemmverbindungen 7, 8 gehören zu der Gattung der sogenannten
geschlossenen Bauarten und weisen jeweils eine die Flansche 4 des innenliegenden
Rinnenprofilsegments 6 übergreifende U-förmige Oberlasche 9, 10 und eine das außenliegende
Rinnenprofilsegment 5 umgreifende, ebenfalls U-förmige Unterlasche 11,12 auf (siehe
auch Fig. 2 und 6).
-
Die gepreßten oder gewalzten Oberlaschen 9, 10 besitzen eine über
ihre gesamte Länge durchgehend gleichbleibende U-förmige Querschnittsprofilierung,
so daß eine ebene Unterseite 13 und eine genutete Oberseite 14 gebildet werden (F
i g. 3, 4 und 7). Die Tiefe T der Längsnuten 15 entspricht etwa der halben Dicke
D der Oberlaschen 9,10 im Bereich neben den Längsnuten 15. Dabei zeigen die Fig.
1 und 7, daß die im Überlappungsbereich endseitig des umgreifenden Rinnenprofilsegments
5 angeordnete Oberlasche 10 zu beiden Seiten der Längsnute 15 spiegelbildlich profiliert
ist. Aus den F i g. 1,3 und 4 ist erkennbar, daß die im Überlappungsbereich endseitig
des innenliegenden Rinnenprofilsegments 6 angeordnete Oberlasche 9 beidseitig der
Längsnute 15 querschnittsmäßig unterschiedlich stark profiliert ist. Dabei ist ferner
zu sehen, daß die Längsseite des im Querschnitt größeren Seitenbereichs 16 entlang
des Laschenstegs 17 in Richtung zum umgreifenden Rinnenprofilsegment 5 leistenartig
(bei 18) bzw. nasenartig (bei 19) abgekantet ist.
-
Die Längskanten 21 an der Oberseite 14 der Oberlaschen 9, 10 sind
dachartig abgeschrägt.
-
Die Schenkel 22 der Oberlaschen 9, 10 (F i g. 2 und 6)
schließen
sich jeweils mit gerundeten Übergangsbereichen 23 an die Stege 17 an. Der lichte
Abstand (LA) zwischen den Laschenschenkeln 22 und die bogenförmige Krümmung der
Übergangsbereiche 23 zwischen den Stegen 17 der Oberlaschen 9, 10 und den Laschenschenkeln
22 ist hierbei derart auf die Breite Bder Rinnenprofilsegmente 5, 6 abgestimmt,
daß sich bei Belastung die Anfangsbiegemaße verringern und sich die Oberlaschen
9, 10 an die jeweilige Ist-Kontur der Profilflansche 3, 4 anschmiegen.
-
Zwischen den Laschenschenkeln 22 und den Laschenflanschen 24 der
Oberlaschen 9, 10 sind kreisbogenförmig gekrümmte Übergangsbereiche 25 ausgebildet.
In diesen Übergangsbereichen 25 sind Bohrungen 26 vorgesehen (Fig.2, 5 und 6), welche
die Nutenböden 27 durchsetzen. Der Winkel o zwischen den Laschenflanschen 24 und
den Laschenschenkeln 22 ist kleiner als 90" bemessen (F i g. 2).
-
Bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1, 2, 5 und 6 ist zu erkennen,
daß die in beiden Achsen ballig ausgebildeten unterseitigen Auflageflächen 28 der
Spannschraubenköpfe 29 sich in den kreisbogenförmig gekrümmten Übergangsbereichen
25 zwischen den Laschenflanschen 24 und den Laschenschenkeln 22 an den gerundeten
Längskanten 20 der Längsnuten 15 abstützen. Beim Aufbringen des Schraubenanzugsmoments
entstehen an den Berührungslinien Preßkräfte in einer Größenordnung von mindestens
100 kN, so daß sich die Berührungslinien zu zweifach gekrümmten Anlageflächen verbreitern.
Bei Verlagerung der Rinnenprofilsegmente 5, 6 und geringfügiger Schrägstellung der
Spannschrauben 44 können sich dann die kugeligen Flächen 35 der Spannmuttern 36
auf diesen verbreiterten Flächen abwälzen. Die nicht profilierten Längenabschnitte
30 der Schraubenschäfte 31 zwischen den Schraubenköpfen 29 und den Schraubengewinden
32 sind in einer zu der durch die Schraubenköpfe 29 verlaufenden Mittellängsebene
quer gerichteten Ebene bogenförmig gekrümmt. Die Mittellängsebenen der Schraubenköpfe
29 erstrecken sich etwa in den durch die Winkelhalbierenden WH zwischen den Laschenflanschen
24 und den Laschenschenkeln 22 verlaufenden, zu der vertikalen Mittellängsebene
VME der Rinnenprofilsegmente 5, 6 nach außen geneigten Längsebene (F i g. 2).
-
Wie insbesondere die Fig. 8 bis 10 erkennen lassen, weisen die Flansche
33 der gepreßten oder gewalzten Unterlaschen 11, 12 jeweils unterseitig eine sich
in Längsrichtung der Rinnenprofilsegmente 5, 6 erstrekkende, zylindermantelförmig
gestaltete Aussparung 34 auf. Die Radien dieser Aussparungen 34 entsprechen in etwa
den Radien der kugeligen Flächen 35 an den Spannmuttern 36. Die Bohrungen 37 zum
Durchtritt der Schraubenschäfte 31 münden etwa mittig der Aussparungen 34.
-
Die Fig. 2,6 und 8 zeigen, daß die Laschenflansche 33 der Unterlaschen
11, 12 einen etwa dreieckigen Querschnitt aufweisen. An den Schenkeln 38 der endseitig
des umgreifenden Rinnenprofilsegments 5 angeordneten Unterlasche 12 (Fig. 1 und
6) sind nasenartige Ansätze 39 zur Anlage an der Stirnfläche 40 des umgreifenden
Rinnenprofilsegments 5 ausgeprägt. Ansonsten sind die Unterlaschen 11, 12 nach dem
Prinzip eines Biegebalkens gleicher Spannung gestaltet. Der Kontakt der Unterlaschen
11, 12 mit den umgreifenden Rinnenprofilsegmenten 5 erfolgt ausschließlich im Bereich
der Längswülste 41 zwischen den Schenkeln 38, 42 der Unterlaschen 12, 11 und den
Laschenflanschen 33.
-
Aus Fig.9 ist schließlich noch erkennbar, daß die
Aussparungen 34
und die Kugelflächen 35 eine gemeinsame Berührungslinie 43 aufweisen, die rechtwinklig
zu den Berührungslinien der Schraubenköpfe 29 und der Oberlaschen 9, 10 und damit
ebenfalls rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung der Rinnenprofilsegmente 5, 6 beim
Einschub liegen.
-
- Leerseite -