DE4220112C2 - Schienenbefestigung mit Federelement aus Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schienenbefestigung mit einem Federelement aus Kunststoff gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 sowie der alternativen Verwen­ dung des Federelementes.

Bei derartigen Schienenbefestigungen auf allen Unter­ schwellungsarten aus Holz, Beton oder Stahl gehen die Bestrebungen dahin, die dauerhafte elastische Fahr­ bahnverspannung, eine elastische Horizontalkraftüber­ tragung, eine Verringerung des Verschleißes, eine Verbesserung des elektrischen Isolierverhaltens, eine Erhöhung der Mechanisierungs- und Automatisierungs­ freundlichkeit für Montage und Erhaltung sowie eine Verbesserung der Lärmminderung zu gewährleisten.

Mit der EP 0 393 432 A2 wurde ein Federelement aus kältebeständigem thermoplastischem Polyurethan vor­ geschlagen, welches in vielfältiger Weise als stoß­ dämpfende, elektrisch isolierende Spannfeder für eine Schienenbefestigung mittels Schwellenschraube oder Federnagel einsetzbar ist. Das Federelement wird dort, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Bau­ teilen, eingesetzt, um neben einer vertikalen gleich­ zeitig eine quergerichtete horizontale Schienenfußfi­ xierung zu gewährleisten. Die isolierende Anordnung des Federelementes zwischen den Stahlbauteilen soll auch zur Lärmminderung und Verschleißminderung bei­ tragen. Die Gestaltung und die Anordnung der Feder­ elemente lassen jedoch nur einen geringen Federweg zu.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Er­ findung das Problem zugrunde, im Federelement eine größere Elastizität zu aktivieren.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die positiven Eigenschaften von Federelementen aus Kunst­ stoff für wesentliche Steigerungen des Elastizitäts­ verhaltens genutzt werden können, wobei insbesondere das von der Erfindern erprobte kältebeständige ther­ moplastische Polyurethan angewendet werden sollte.

Das erfindungsgemäße Federelement wird als im wesent­ lichen plane Federplatte oder Federscheibe ausgebil­ det, welches an einer Kante von der Unterfläche aus­ gehend einen mehr oder minder großen Vorsprung im Sinne als einer zur Kante parallelen Nase aufweist. Die Nase endet - mit Ausnahme eines speziellen Anwen­ dungsfalles - in eine zur Schienenfußoberfläche kom­ plementäre Fläche mit der sie auf dem Schienenfuß plan aufliegt. Das Federelement wird durch entspre­ chende mittels Schwellenschraube, Hakenschraube oder ähnlichem aufgebrachte Spannkräfte einerseits auf dem Schienenfuß und andererseits auf der Unterschwellung oder einem speziell gestalteten Teil auf der Oberflä­ che der Unterschwellung fixiert. Die Spannmomente werden als theoretische Werte in der Regel vorgege­ ben; das Federelement überträgt diese nunmehr ungleichmäßig auf die zu spannenden Teile. Der Schienenfuß wird durch die Nase nach unten gespannt. Die elastische Zwischenlage zwischen Schienenfuß und Unterschwellung federt ein, bis der rückwärtige Teil der Federplatte auf der Unterschwellung ruht.

Durch die Höhe der Nase in Kombination mit der vor­ gegebenen Dicke der Federplatte im planen Teil kann somit der Federweg unterschiedlich gestaltet werden. Dies ist besonders wichtig, weil durch diese Maßnahme die Verwendung unterschiedlicher federnder Schienen­ unterlagen möglich ist, ohne die Bauhöhe der Schie­ nenbefestigung wesentlich zu ändern. Die Abstützung der Federplatte kann sowohl auf den rückwärtigen Teil der Unterschwellung als auch im Bereich neben dem Befestigungsbolzen erfolgen. Als Auflager auf der Unterschwellung kann außer der Oberfläche, zum Bei­ spiel einer Betonschwelle, auch eine Rippenplatte oder ein entsprechendes Winkelelement auf einer Holz- oder Stahlschwelle dienen.

Zur gleichmäßigen Verteilung der Spannkraft auf das Federelement kann eine Schwellenschraube mit großem Kopf oder eine zwischen der Schwellenschraube bezie­ hungsweise einer Hakenschraube mit Mutter angeordne­ ten Lastverteilungsplatte, vorzugsweise aus Stahl, Verwendung finden. In diesem Fall wird außerdem die aus der Drehbewegung der Schraube resultierende Reib­ kraft von der Metallplatte aufgenommen und eine Be­ schädigung der Oberfläche des Federelementes vermie­ den sowie eine zuverlässige Aufbringung der definier­ ten Verspannkraft auch bei variierender Temperatur des Federelementes gesichert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erhält die Federplatte, gegebenenfalls auch die Metallplatte, ein Langloch, das sich quer zur Schiene erstreckt. Damit ist es möglich, die Federplatte um 180° zu dre­ hen und vom Schienenfuß weg zu verschieben und auf der Unterschwellung zu fixieren. In dieser Position kann eine Schiene zwischen die Befestigungselemente gelegt werden ohne diese betätigen zu müssen (Vormon­ tagestellung).

Des weiteren ist es erfindungsgemäß möglich, das mit einer Nase versehene Federelement gegen seitliches Verschieben, zum Beispiel einer Hakenschraubenbefe­ stigung, zu sichern. Dazu kann ein zur elektrischen Isolierung neben dem Schienenfuß angeordnetes Kunst­ stoffteil, beispielsweise in Form einer den Schienen­ fuß untergreifenden und dessen Höhe überschreitende Winkelleiste, dienen, das im Bereich einer Dübelver­ ankerung des Befestigungsbolzens eine Aussparung auf­ weisen kann. Gegebenenfalls kann der Dübel die Funk­ tion des Kunststoffteiles übernehmen und auch die gleiche Elastizität aufweisen, d. h. auch aus gleichem Material gefertigt sein. Wenn der Dübel über die Un­ terschwellung ragt, kann er gleichzeitig auch der Führung des Schienenfußes und des Befestigungsbolzens dienen.

Alternativ kann die erfindungsgemäß geformte Feder­ platte auch für Gleise Anwendung finden, die einer erheblichen Querverschiebung unterlie­ gen, wenn die Unterschwel­ lung mit Abstand zum Schienenfuß mit einem Widerlager ausgestattet ist, über welches die Nase der Feder­ platte formschlüssig hinübergreift und in dieser Po­ sition - ähnlich der Vormontagestellung - fixiert wird. Dabei wird dann der Schienenfuß durch die - eigentlich rückwärtige - Auflagerfläche der Feder­ platte gehalten. Auch diese Befestigungsmethode si­ chert die Federplatte gegen Verdrehung aus ihrer Sollposition.

Die Federplatte gewinnt besondere Bedeutung bei Schienenbefestigungen, die einen gegenüber normaler Befestigung geringeren Durchschubwiderstand aufweisen müssen, beispielsweise für die Schienenlagerung auf Brücken. Bedingt durch mögliche Relativverschiebung zwischen der Brückenkonstruktion und dem aufliegenden lückenlosen Gleis muß eine Längsdehnung der Brücke zugelassen werden, ohne daß wesentliche zusätzliche Kräfte in die Schiene übertragen werden. Dies wird erreicht, indem die Nasenhöhe und damit die effektiv wirkende Verspannkraft des Befestigungssystems auf den geringeren Wert eingestellt wird. Alternativ kann die Reibkraft zwischen der Nase der Federplatte und dem Schienenfuß reduziert werden, indem das Flächen­ verhältnis zwischen der Preßfläche der Nase und der Auflagerfläche des Federelementes auf der Unter­ schwellung verringert wird.

Die Erfindung soll anhand einiger schematischer Dar­ stellungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schienenbefe­ stigung im Teilschnitt;

Fig. 2 eine Schienenbefestigung gemäß Fig. 1 in Vormontagestellung;

Fig. 3 eine andere Schienenbefestigung im Teilschnitt;

Fig. 4 eine Schienenbefestigung gemäß Fig. 3 in Draufsicht; und

Fig. 5 eine weitere Schienenbefestigung.

Ein Schienenfuß 1 ruht mit einer elastischen Zwischenlage 2 auf der Unterschwellung 6, einer Spannbetonschwelle. Eine Schwellenschraube 3 drückt mit ihrem Kopf auf eine Metallplatte 4 und leitet so die Spannkräfte der im Dübel 7 in der Unterschwellung 6 verankerten Schraube in die Federplatte 5 ein. In der dargestellten Position der Federplatte preßt die Nase 26 den Schienenfuß 1 nieder, während der rück­ wärtige Teil 27 der Federplatte sich nach weiteren Umdrehungen der Schraube um das Maß a senkt, bis es auf einem Auflager an der Unterschwellung 6 aufliegt. Da die Nase 26 ihre Montagestellung eher erreicht als die anderen Teile der Federplatte 5, sind die auf den Schienenfuß aufgebrachten Kräfte größer - bei glei­ chen Flächenverhältnissen - als die Auflagerkräfte auf der Unterschwellung beziehungsweise der Federweg für den Schienenfuß 1 ist größer als der verfügbare Federweg an den restlichen Teilen der Federplatte 5 (Fig. 1).

Das Federelement, die Federplatte 5, weist ein Lang­ loch 9 auf, so daß gemäß Darstellung in Fig. 2 die Federplatte 5 um 180° gedreht und vom Schienenfuß 1 weggeschoben, in eine Position gelangt, die es ermög­ licht, den Schienenfuß zu entnehmen, ohne die Befe­ stigungsteile zu entfernen. In dieser Position kann die Schienenbefestigung im Herstellerwerk auf der Unterschwellung fixiert und sodann zur Baustelle transportiert und dort positioniert werden. Damit entfällt eine mühsame Montage der Befestigungselemen­ te auf der Baustelle. Der Verankerungsdübel 7 ragt hier weit über die Unterschwellung hinaus. Er dient als Querverschiebesicherung für die Schiene und Iso­ lierung sowie Führung für den Befestigungsbolzen 3.

Fig. 3 zeigt eine andere Befestigung des Schienenfu­ ßes 1 auf einer Unterschwellung 17, zum Beispiel ei­ ner Stahlbrücke beziehungsweise einer auf einer Brüc­ ke angebrachten Rippenplatte, unter Zwischenfügung der elastischen Zwischenplatte 2. Die Unterschwellung weist eine Rippe 16 mit einer Ausnehmung für eine Hakenschraube 11 auf, wobei die Rippe elektrisch durch eine Kunststoff-Winkelleiste 14 gegen den Schienenfuß 1 isoliert ist. Eine Federplatte 15 wird durch eine darüberliegende Stahlplatte 13 zur Kraft­ verteilung durch auf Mutter 12 der Hakenschraube 11 aufgebrachte Spannmomente mit der Nase 28 gegen den Schienenfuß 1 gepreßt. Das Maß b zwischen dem rück­ wärtigen Auflagerteil 29 der Federplatte 15 ent­ spricht der Höhe der Nase 28. Während beispielsweise die Nase 26 bei einer dem k-Oberbau ähnlichen Feder­ platte 5 eine Höhe von etwa 10 mm bei einer Dicke der restlichen Federplatte von etwa 6-8 mm aufweist, ist bei dieser Befestigung auf einer Brücke die Nase 28 nur etwa 3 mm hoch. Durch diese Maßnahme wird bei identischen Spannmomenten für beide Federplatten 5, 15 die Pressung der Nase 28 auf den Schienenfuß 1 verringert, so daß der Durchschubwiderstand für den Schienenfuß 1 ebenfalls verringert wird. In Vormon­ tagestellung ist die Hakenschraube 11 etwas aus ihrer Spannposition vom Schienenfuß 1 weggeschoben und dort fixiert. Ein Langloch in der Federplatte 15 erübrigt sich daher.

Fig. 4 zeigt in Draufsicht die Befestigung gemäß Fig. 3, wobei jedoch die Mutter 12 nicht dargestellt ist. Die Winkelleiste 14 dient der elektrischen Isolierung des Schienenfußes 1 und in Wirkverbindung mit der Nase 28 der Federplatte 15 als Verdreh- und Verschie­ besicherung der Befestigung.

Fig. 5 zeigt einen Schienenfuß 1 der mit Zwischen­ platten 2, 20 auf einer Holzschwelle 21 ruht. Ein Stahlwinkel 23 dient als Widerlager für die Nase 22 einer Federplatte 25, die durch Schwellenschraube 3 gehalten wird. In diesem Falle preßt die Kante 24 des rückwärtigen Teiles der Federplatte 25 den Schienen­ fuß. Die Federplatte 25 ist in der dargestellten Mon­ tagestellung verdrehsicher arretiert. Die Kante 24 wirkt hier praktisch als Nase, da der Federweg c in der resultierenden Spannrichtung der Schwellenschrau­ be 3 erheblich größer als die Dicke der Federplatte 25 ist.

Claims (9)

1. Schienenbefestigung mit einem ein Federelement aus Kunststoff durchgreifenden und zwischen ei­ nem Schienenfuß und einem Auflager an einer Un­ terschwellung spannenden, in der Unterschwellung verankerten Befestigungsbolzen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federelement als Federplatte (5, 15, 25) ausgebildet ist und eine von ihrer Unterseite nach unten hervorragende, auf den Schienenfuß (1) spannbare Nase (26, 28) hat, wobei im ungespannten Zustand bei auf dem Schienenfuß aufliegender Nase der rückwärtige Teil (27, 29) der Federplatte einen Abstand (a, b) zu seinem Auflager (8, 16) aufweist.

2. Schienenbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Federplatte (5, 15) die Höhe der Nase (26, 28) und die Größe ihrer Auflagerfläche auf der Oberfläche des Schienen­ fußes (1) in Abhängigkeit von einer vordefinier­ ten Spannkraft des Befestigungsbolzens (3, 11) bestimmt wird.

3. Schienenbefestigung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federplatte (5, 15, 25) aus thermoplastischem Polyurethan be­ steht.

4. Schienenbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Federplatte (5, 15, 25) und dem Befestigungsbol­ zen (3, 11) ein die Spannkräfte verteilendes Metallelement (4, 13) angeordnet ist.

5. Schienenbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Schienenfußes (1) eine über diesen nach oben hinausragende Kunststoffleiste (14) angeordnet ist, die gegebenenfalls im Bereich einer Dübel­ verankerung (7) ausgespart sein kann.

6. Schienenbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder­ platte (5) für den Durchgriff des Befestigungs­ bolzens (3) mit einem quer zum Schienenfuß sich erstreckenden Langloch (9) versehen ist.

7. Schienenbefestigung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vormontagestellung (Fig. 2) die Federplatte (5) mit der Nase (26) gedreht und in einer den Schienenfuß (1) freilassenden Position und mittels des Befestigungsbolzens an der Unterschwellung (6) arretiert ist.

8. Schienenbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Auflager für die Federplatte (5, 15, 25) an der Unter­ schwellung (6, 17) eine dort angeordnete Rippe (16) oder die Oberfläche (8) der Unterschwellung dient.

9. Verwendung einer Federplatte gemäß Anspruch 1 durch formschlüs­ siges Fixieren der Nase (22) an einem vom Schie­ nenfuß (1) beabstandeten Widerlager (23) auf der Unterschwellung (21).