DE4430881A1 - Gleitlager für Schienen mit kontinuierlicher elastischer oder nur elastischer Auflagerung - Google Patents

Description

Schienen von Eisen-, Straßen- U-, Kranbahnen und sonstigen Bahnen sind Fahrbahnen spurplangeführter Verkehrsmittel und maschineller Anlagen. Sie geben in den meisten Fällen die auf sie wirkenden Kräfte über Punktauflagerungen an ihre Unterstützungen ab.

Diese Art der Auflagerung mit einer genügenden Sicherung gegen Verschieben in Längs- und Querrichtung bei gleichzeitiger Einhaltung der vorgegebenen Spurweite hat sich seit Bestehen von schienengeführten Bahnen trotz mancher Nachteile bewährt.

Das Auflagerungssystem einschließlich der jeweils gewählten Befestigung und Sicherung ist relativ preiswert und ermöglicht es, ständig Schienen, Befestigungselemente, Auflager und Gleisabstand usw. schnell auf ihren Zustand zu überprüfen.

Der Nachteil der punktuellen Auflagerung ist aber ein erhöhter Unterhaltungs­ aufwand, weil durch eine bewegende Last und die von ihr ausgehenden vertikalen und horizontalen Kräfte wechselnde Biegemomente in den Schienen und schnell wechselnde Auflagerreaktionen auf den Punktauflagern entstehen.

Diese Lastwechsel und die damit verbundenen Reaktionen in Schienen und Befestigungen führen zu erhöhter Materialbeanspruchung durch Biegung, Zug, Abscheren, Druck und Reibung. Diese Kräfte sind umso größer, je größer die jeweiligen Achs- oder Radlasten sind und je höher die Überrollgeschwindigkeit ist.

Außerdem gehen von den Schienen Erschütterungen und Schwingungen aus, die Ursache von weiteren Schäden an Auflagern und Untergründen sind und die sich über den Boden fortpflanzen.

Die Schwingungen werden weitgehendst als Belästigung empfunden. Heute ist man bestrebt, diese Belästigungen zu reduzieren oder zu vermeiden.

Eine Möglichkeit zur Reduzierung oder erheblichen Dämpfung der von der Rädern ausgehenden Schwingungen bietet statt der punktuellen die kontinuierliche Auflagerung der Schienen auf Elastomerunterlagen.

Bei einer fortlaufenden Auflagerung auf einer Elastomerlage biegt sich die von oben belastete Schiene mehr durch als eine punktweise auf Querschwellen befestigte Schiene. Weil die Durchbiegung fortlaufend mit der Bewegung des die Last abgebenden Rades erfolgt, verhält sich die Schiene wie ein elastisch gebetteter Fundamentbalken eines Bauwerkes.

Je elastischer sich die Fahrschiene unter Belastung verhalten kann, umso geringer sind die von ihr abgegebenen Schwingungen. Die aus den Fahrzeugen auf die Schiene wirkenden Kräfte greifen in vertikaler und horizontaler Ebene an. Die Schwingungen sind daher in beiden Ebenen so zu dämpfen, daß sie nicht auf die anschließende Umgebung übertragen werden.

Elastische Auflagerungen dieser Art sind schon seit Jahren bekannt, werden aber aufgrund ihres höheren Preises nur in seltenen Fällen angewandt. Probleme bereitet bei diesen Auflagerungen die Schwingungsdämpfung der Horizontalkräfte.

Es gibt zwar Systeme, bei denen zur Schwingungsdämpfung die Fahrschienen mit ihrem Kopf in seitliche Elastomer-Packungen eingehängt sind. Doch ist die Montage bei diesen Systemen zu aufwendig. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei ungleicher Aufhängung die Schienen ihre Lage im Laufe der Zeit verändern.

Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist es, eine elastische Auflagerung von Fahrschienen zu schaffen, bei der sowohl Schwingungen aus Vertikal- als auch aus Horizontalkräften ausreichend gedämpft werden oder gar nicht erst entstehen.

Außerdem soll durch eine verbesserte Laufruhe eine geringere Schienenabnutzung und längere Lebensdauer von Rädern und Lager erreicht werden.

Zu diesen Zweck muß sich die Schiene 1 entsprechen den eingestellten Elastomermaterialien bei vertikaler Belastung genügend nach unten durchbiegen können und gleichzeitig seitlich nur ganz gering ausweichen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an den Stegen der Schienen Elastomerprofile 3 angeordnet werden, die bei Belastung der Schienen von den Schienen in Kraftrichtung mitgenommen werden und entlang dem seitlichen Widerlager 5 gleiten. Zur Verminderung der Reibung hat die seitliche Gleitfläche des im Steg der Schienen liegenden Elastomerprofils einen schrägen, nach unten breiter werdenden Querschnitt.

An dem Anpreßblock 5 ist außerdem ein die Reibung verminderndes Formstück 12 mit sehr glatter Oberfläche aus Metall oder Kunststoff befestigt, das durch eingelassene Bolzen 12 gehalten wird.

Im Normalzustand sind die seitlichen Anpressblöcke 5 mit den glatten Formstücken 4 auf die Elastomerprofile 3 angedrückt. Der erforderliche Preßdruck ist über die Anpreßbolzen einstellbar. Bei senkrechter Belastung biegt sich die Schiene nach unten durch, nimmt das seitliche Gummiprofil 3 mit. Da die Kanten des Gleitstückes nicht parallel zur Kraftrichtung stehen und der Abstand zwischen Schiene und Gleitprofil nach unten größer wird, entsteht ein schmaler Spalt.

Durch den entstehenden Spalt wird die seitliche Reibung vermindert. Trotz der geringeren Reibung und der vorhandenen Gleitfuge wird die Schiene noch innerhalb der zulässigen Toleranzgrenzen in ihrer Seitenlage gehalten.

Eine große Reibung zwischen Gleitfläche 4 und Elastomerprofil 3 ist somit ausgeschlossen.

Bei Entlastung drückt das untere Elastomerprofil 2 die Schiene wieder in ihre ursprüngliche Lage , wobei sich dann der Spalt zwischen Elastomerprofil 3 und Gleitprofil 4 wieder schließt und es zu keinem Abrieb kommt.

Die auf die Schiene einwirkenden H-Kräfte treten am stärksten unter der jeweiligen Radlast auf. Da aber die Durchbiegung der Radlast vorausläuft, ist die größte Seitenkraft erst dann zu erwarten wenn die max. Durchbiegung schon erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt besteht auch keine Bewegungsreibung zwischen Elastomerprofil 3 und Gleitfläche 4.

Die Elastomerprofile 3 werden durch die H-Kräfte an die Gleitflächen 4 gepreßt. Die entstandene Fuge schließt sich, um sich anschließend beim Rückfedern der Schiene ganz kurzfristig zu öffnen und um sich dann beim Hochdrücken des Elastomerprofiles 3 in die Ausgangsstellung wieder zu schließen.

Da die seitliche Be- und Entlastung schneller verläuft als die vertikale, ist die senkrechte Durchbiegung noch nicht ausgeglichen, wenn die seitliche Bewegung, die ohnehin viel geringer ist, schon längst beendet ist.

Die zwischen Spannkörper 5 und Elastomerprofil 3 vorhandene Gleitfuge ist durch ein oberes Kunststoff- oder Elastomerprofil 6 abgedeckt, das an die Schiene angedrückt ist und beim Vergießen des Anpreßkörpers in diesen eingedrückt wurde. Dieses Abdeckprofil 6 verhindert ein Eindringen von Staub und Schmutz in die Gleitfuge und sorgt für deren ständige Funktionsfähigkeit.

Da das vordere Ende des Abdeckprofiles 6 fest an oder unter die Schiene gedrückt ist und es genügend elastisch ist, macht es alle Bewegungen der Schiene mit.

Die erforderlich Einsenkung der Schiene erhält man durch geeignete Wahl der Elastomerzusammensetzung und Anordnung von Querfugen im unteren Elastomerprofil 2 in einem variablen Abstand nicht größer als 150 cm. Je größer die gewünschte Einsenkung ist, umso kürzer ist der Abstand der Querfugen.

Diese Ausführung der Gleitfugen und Querfugen - wie oben beschrieben - ist nicht nur auf Schienen mit normalen Kopf (Vignol-Schienen) beschränkt, sondern kann auch bei Rillenschienen und allen anderen Profilen, die elastisch aufgelagert sind, angewendet werden.

Je nach gewünschter Höhe und Herausragen des Schienenkopfes ändert sich das elastische Abdeckprofil (Fig. 3 und 4). Es muß nicht nur in der Vergußmasse eingebettet sein, sondern es kann auch an einem seitlichen Abstandprofil 7 bzw. 7.1 oder Kantenschutzprofil aus Metall befestigt sein. Die Funktion des Abdeckprofiles, die Gleitfuge zwischen seitlichem Elastomerprofil und Kunstoffgleitprofil vor Schmutz zu sichern und die Bewegung der Schiene nach unten oder oben mit einem Ende mitzumachen, bleibt gleich.

Bei Rillenschienen sind die seitlichen Elastomerprofile 3, 3.1, die Gleitkörper 4, 4.1 die Abdeckprofile 6, 6.1 und die Kantenschutzwinkel 7, 7.1 aufgrund der unsymmetrischen Schienenform ungleich.

Eine andere Art der Einfederung zeigt Fig. 2. Bei Belastung von oben wird die dünnere untere Elastomerauflagerplatte eingesenkt. Gleichzeitig gleiten die seitlichen Profile mit dem sich nach unten verjüngenden Querschnitt nach unten und werden zusammengepreßt.

Die durch die Abwärtsbewegung entstehende Elastomerpressung hindert die Schiene am seitlichen Ausweichen und drückt bei Entlastung das Schienenprofil wieder in die Ausgangsstellung zurück. Die zu erreichende und gewünschte Einsenkung ist ebenfalls durch geeignete Elastomerwahl zu erreichen. Die Bewegung in den seitlichen Gleitfugen ist aber nur in geringerem Maße möglich.

Die bei der normalen Ausführungsart mit nach unten breiter werdenden Elastomerprofilen vor Belastung erforderliche seitliche Anspannung der Steg- Elastomerprofile ergibt sich hier durch die senkrechte Belastung. Im Zustand der Ruhe sind die seitlichen Profile spannungsfrei.

Auch bei dieser Variante ist ein oberes Abdeckprofil 6 vorhanden. Die seitlichen Gleitplatten 4 sind ebenfalls über Bolzen 12 in den Spannkörpern befestigt.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

• 1. Vermeidung oder Reduzierung von Erschütterungs­ schwingungen, die von schienengeführten Fahrzeugen oder Anlagen ausgehen,
• 2. Eine geringere Schienenabnutzung durch eine bessere Laufruhe der Räder,
• 3. Eine höhere Lebensdauer der Räder und Lager aufgrund der besseren Laufruhe.
• 4. Eine verbesserte Wirtschaftlichkeit von Gleisanlagen und Fahrzeugen.

Claims (8)

1. Elastisches Lagersystem für Schienenbahnen aller Art, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienenfüße kontinuierlich oder in Intervallen auf einer elastischen Unterlage (2) ruhen, die bei vertikaler Belastung wie eine Feder wirkt, nachgibt, und bei Entlastung die Fahrschiene in ihre ursprüngliche Höhenlage schiebt und bei dem die beiden Stegseiten mit Elastomerkörpern (3, 3.1) versehen sind, die bei Angriff von Horizontalkräften nur eine geringe Auslenkung des Schienenkopfes zulassen und ihn nach Entlastung wieder in die ursprüngliche Achse schieben und bei dem die Schienen über feste, verstellbare Spannkörper in ihrer Seitenlage gehalten werden.

2. Elastisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Belastung von oben die beiden Elastomerkörper (3) an den Stegseiten mit der absinkenden Schiene (1) nach unten geschoben werden und daß sie dabei entlang der Gleitfuge (4) mit dem Spannkörper gleiten.

3. Elastisches Lagersystem für Schienenbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Elastomerkörper (3) nach unten breiter werden und daß die Fuge zwischen ihnen und dem Spannkörper schräg zur Schienenachse verlaufen kann.

4. Elastisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fuge zwischen Elastomerprofil und Spannkörper ein Gleitprofil (4) mit niedrigem Reibungswert in dem Spannkörper befestigt bzw. über Bolzen (12) eingelassen ist.

5. Elastisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Niederdrücken des Schienenprofiles (1) zwischen seitlichem Elastomerprofil (3) und Gleitplatte (4) bzw. Spannkörper eine dünne klaffende Fuge entsteht und somit die Reibung zwischen Elastomer und Gleitplatte erheblich reduziert wird und daß diese Fuge bei Entlastung der Schiene durch das mit der Schiene nach oben gedrückte Elastomerprofil wieder geschlossen wird.

6. Elastisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfuge (4) zwischen seitlichem Elastomerprofil (3) und Spannkörper bzw. Gleitplatte nach oben mit einen elastischen Fugendeckprofil (6, 6.1) aus Kunststoff oder Elastomer, das in die Vergußmasse des Spannkörpers (5) eingelegt, fest unter den Schienenkopf gedrückt wird und nach dem Erhärten der Vergußmasse bei Belastung alle Vertikal- und Horizontalbewegungen der Schiene mitmacht.

7. Elastisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei anderen Schienenprofilen (Rillenschienen o. ä.) ein anders geformtes Fugendeckprofil (6, 6.1) angeordnet werden kann, das nicht in dem Spannkörper (5) verankert ist, sondern am Kantenschutzprofil (7, 7.1) befestigt ist, sonst aber die gleichen Funktionen zu erfüllen hat.

8. Elastisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elastomerprofile (3) an den Längsseiten des Schienensteges von unten nach oben eine geringe Schräge haben und daß bei Belastung von oben und einer Bewegung entlang der Gleitfuge eine Stauchung der Seitenprofile auftritt und die Schiene so in ihrer Achslage gehalten wird.
Bei Entlastung werden die Seitenprofile in ihre Ausgangslage geschoben und die Profile wieder entspannt. Bei dieser Anordnung ist die Einfederung der unteren Elastomerplatte geringer und keine Vorspannung in den seitlichen Elastomerprofilen erforderlich.