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Schienenbefestigung, bei welcher die Schiene gegen den -sie stützenden
Lagerkörper durch ein elastisches vorgespanntes Zwischenglied gepreßt wird Die Erfindung
betrifft eine Schienenbefestigung für Fahrbahnen, die sowohl für die in einem Schottenbett
als auch auf festen Unterlagen, wie Eisenkonstruktionen, Mauerwerk u. dgl.. verlegten
Schienen gleich vorteilhaft ist.
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Die bisher bekannten Schienenbefestigungen mittels Unterlegplatte,
Klemmplatte und Schrauben haben den Nachteil, daß sich infolge -der unvermeidlichen
Bewegungen der auf Biegung beanspruchten Fahrschiene an ihrem Auflagerstützpunkt
schon nach kurzer Betriebszeit Spielräume zwischen den Einzelteilen des Auflagerstützpunktes
bilden. Wie an jeder Fahrbahn, die einige Zeit befahren wurde, zu sehen ist, haben
sich die Schienenfüße in die Unterlegplatten und die Unterlegplatten in die Schwellen
eingeschlagen, die Krampen der Kleininplatten sind vielfach aufgebogen.
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Bei einer neu verlegten Fahrbahn sind diese Spielräume zwar nicht
ohne weiteres zu erkennen. Trotzdem ist der Knotenpunkt, welchen der Auflagerstützpunkt
darstellt, in seinen Einzelteilen nur scheinbar fest. An den Auflagerflächen ist
nur Punktberührung vorbanden. Die Massenteilchen der Auflager, welche die Punktberührung
vermitteln, werden schon bei den ersten Fahrten unter dem Einfluß der Radlasten
und der sich bewegenden Fahrschiene derart beansprucht, daß sie ausweichen müssen.
Die Befestigung ist dann
bereits gelockert. Derselbe Vorgang spielt sich naturgemäß
ab, wenn man die Befestigungsschrauben wieder nachgezogen hat. Es würde also ein
Nachziehen aller Befestigungsschrauben nach jeder stattgefundenen Fahrt oder besser
nach jeder Belastung und Entlastung des Auflagerstützpunktes zur Verineidung dieser
Nachteile erforderlich sein. was aber natürlich nicht ausführbar ist.
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Infolge der zunächst kleinen Spielräume lebt sich die Fahrschiene,
«nährend das Rad des Fahrzeuges zwischen zwei Auflagerstützpunkten steht, mehr als
sonst von den abgelegenen Auflagerkanten ab und. wird, während das Rad des Fahrzeuges
über den Auflagerstützpunkt rollt, finit großer Gewalt auf das Auflager gepreßt.
Es liegen demnach alle Voraussetzungen für die bei Fahrbahnen so gefürchteten Stoßwirkungen
vor, die bekanntlich um so vernichtender wirken, je größer die Spielräume, d. h.
die Arbeitswege, der bewegten Massen schließlich geworden sind.
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An der Aufnahme der übertragenden Stoßarbeit nimmt zunächst nicht
die ganze Masse der Fahrbahn teil, sondern nur die oberste getroffene Sclicht. Die
Massenträgheit der obersten Schicht wirkt verzögernd auf die Arbeitsübertragung
nach unten. Letztere nimmt mit fortschreitender Wirkung immer mehr Masse in Anspruch,
bis die gesamte elastische Spannung der Masse zur Wirksamkeit gekommen oder so groß
gewörden ist,
claß sie der Stoßarbeit und den zu übertragenden Kräften
das Gleichgewicht hält. Folgen die genannten Stoßkräfte so schnell aufeinander,
daß die zunächst getroffenen Massenschichten bereits aufs neue beansprucht werden,
bevor die durch die erste Beanspruchung verursachten inneren Kräfte zur Ruhe gekommen
sind, so tritt eineÜberbeanspruchrmg ein, die zu den bekannten Ermüdungen des Baustoffes
und schließlich zur Zerstörung der Fahrbahn bzw. ihrer am meisten beanspruchten
Konstruktionsteile führt. Je nach der Größe der Spielräume kann sogar die Stoßarbeit
bei nur einmaligem Wirken so groß werden, daß es in den am meisten beanspruchten
Konstruktionsteilen zu einem Bruch kommt.
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In diesen Stoßwirkungen ist auch die bekanntlich schnelle und vorzeitige
Erlahmung der an sich so wertvollen Schotterfederung zu suchen. Der Schotter wird
zermahlen, backt betonartig zusammen. wird weniger wasserdurchlässig und gibt dann
Veranlassung zu Frostschäden sowie zu unruhigem Lauf der Fahrzeuge. Auch die Einzelteile,
wie Klernmplatten, Unterlegplatten, Befestigungsschrauben usw., werden durch diese
Stoßwirkungen in hohem Masse überbeansprucht. Besonders nachteilig wirken sich diese
Stöße bei Fahrbahnunterbrechungen, z. B. bei Randauflagerungen, bei Schienenstößen
im durchgehenden Gleis, Brücken, Fahrbahnen auf Untersuchungsgruben und Ausschlackgruben
aus, wo in der Regel schon nach kurzer Betriebszeit der Unterbau oder die Tragekonstruktion
gelockert und schließlich zerstört wird. Die Unterhaltung der Fahrbahnen erfordert
daher erhebliche Kosten.
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Die genannten Nachteile lassen sich auch nicht völlig vermeiden, wenn
man die Ruflagerflächen der Schienen wölbt, weil die auf Biegung beanspruchte Schiene
sich nach wie vor am Auflager bewegt, was insbesondere unter dem Einfluß der Raddrucke
und des Fehlens jeglicher Schmierung zu dem erwähnten Verschleiß führt.
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Die Erfahrung, daß die Federung des Schotterbettes so schnell ermüdet
oder die etwa verwendeten festen Unterlagen der Fahrbahn aus Holz. Eisenkonstruktion
oder Mauerwerk alsbald zerstört werden, hat auch zu Konstruktionen rnit nachgiebiger
Aufkagerung der Schienen und nachgiebiger Befestigung geführt, wobei allerdings
der Zweck verfolgt wird, die elastische Forrnänderungsarbeit nicht mehr dein Schotterbett,
sondern den verwendeten Federn zu übertragen. Für diese Konstruktionen war allerdings
noch der Gesichtspunkt leitend, daß die genannten 1Iängel auf den Einfluß derjenigen
dynamisch wirkenden Kräfte, welche in dein vielfach nicht völligen Massenausgleich
der umlaufenden oder hin tuid her gehenden Teile der Fahrzeuge und auch in den Rückwirkungen
der Fahrzeugtragfedern ihren Ursprung haben, zurückzuführen seien. Diese Kräfte
sind jedoch bekanntlich nur bei Anwendung hoher Fahrgeschwindigkeiten von einer
gewissen Bedeutung. Bei diesen Konstruktionen besteht mit Rücksicht auf die erliebliche
Formänderungsarbeit, welche die Federn leisten müssen (Ober- und Unterfedern), die
Gefahr schneller Ermüdung, zumal der verfügbare Raum nur zur Unterliringung eines
verhältnismäßig kleinen Federquerschnitts ausreicht. Ferner wird der große Vorteil
des Schotterbettes, welcher in der Entwässerung der Fahrbahn, der Federwirkung und
der vorzüglichen Druckübertragung auf den Untergrund besteht, preisgegeben.
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Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile
durch ein am Auflagerstützpunkt angeordnetes elastisches Zwischenglied, welches
die Schiene gegen die stützenden Lagerkörper und gegen die Schienenbefestigungsmittel
preßt, zu vermeiden.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Schienenbefestigung
gezeigt. Es ist a die Schwelle und b die Fahrschiene mit ihrem Fuß
c. d, und d.= sind Klemmplatten, welche durch die Schrauben e, und e. befestigt
sind. Als elastisches Zwischenglied ist beispielsweise eine Ringfeder f verwendet,
welche innerhalb eines besonderen Schutzgehäuses, bestehend aus dem Unterteil g,
und dem Oberteil g= angeordnet ist.. Die beiden Gehäuseteile g, und g:; werden durch
die Schraube h zusammengehalten, die gleichzeitig zum Regeln der Vorspannung des
elastischen Zwischengliedes dient. An Stelle der Schraube 1a können natürlich auch
entsprechend ausgebildete andere Stellvorrichtungen treten, wie z. B. ein senkrecht
zur Achse des elastischen Zwischengliedes angeordneter Stellkeil. Ferner läßt sich
die Schraube 1z auch lediglich als Führungsorgan für die Gehäuseteile ausbilden
und die Vorspannung des elastischen Mittels sich durch die Schrauben e, und e_ der
hlemrnplatten cf erreichen. Unmittelbar über der Schwelle kann auch noch eine besondere
Unterlegplatte in an sich bekannter Weise eingeschaltet werden.
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Die Wirkungsweise des elastischen Zwischengliedes besteht normalerweise
darin, fortgesetzt vermöge seiner Vorspannung Rückdruck auszuüben., Die Vorspannung
wird entsprechend dein auf der betreffenden Strecke zugelassenen Achsdruck bemessen.
Das elastische Zwischenglied übt also, solange die Beanspruchung in deri angegebenen
Grenzen bleibt, nur Rückdruck aus und verhindert
sicher die Bildung
von Spielräumen zwischen den Einzelteilen des Auf lagerknotenpunktes und somit auch
die eingangs erwähnten nachteiligen Stoßwirkungen. Die zusätzlichen Beanspruchungen
der Bettung oder der sonstigen Fahrbahnunterlagen mit ihren schädlichen Folgen entfallen,
weil das elastische Zwischenglied als selbsttätige kontinuierlich wirkende N achspannvorrichtung
arbeitet. Ein weiterer Vorteil besteht darin. claß das elastische Zwischenglied
normalerweise keinen Arbeitsweg zurücklegt, also auch keinem Verschleiß und keinen
Ermüdungserscheinungen ausgesetzt ist.
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Als elastisches Zwischenglied wird zweckmäßig eine Ringfeder verwendet,
weil diese Feder auf kleinem Raum große Kräfte zu übertragen vermag und an den Gleitflächen
ihrer Ringe nachgiebig gegen die Bewegungen der Schiene infolge ihrer Durchbiegungen
ist. Die Gleitflächen der Ringe werden entsprechend ausgebildet. Es empfiehlt sich,
Klemmplatten mit leicht gewölbten Druckflächen zu verwenden.
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Um den Widerstand der Federringe an ihren Gleitflächen gering zu halten
und die Ringe vor Witterungseinflüssen und Rost besonders zu schützen, wird die
Feder im Schutzgehäuse in ein geeignetes frostsicheres Schmiermittel gebettet.
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Die Wirkungsweise des elastischen Zwischengliedes, insoweit sie bisher
beschrieben wurde, ist besonders bei normalem Unterhaltungszustand der Fahrbahn,
wenn also z. B. an den Schienenstößen, Gleisunterbrechungsstellen usw. die Fahrkanten
auf gleicher Höhe liegen und im durchgehenden Gleis der Unterbau fest, die Schienen
somit gehörig unterstopft sind, von Vorteil. Unter diesen Verhältnissen wird das
elastische Zwischenglied vermöge seiner\'orspannung kraftübertragend.
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Die Endspannung des elastischen Zwischengliedes wird jedoch höher
bemessen als die zur Erreichung der kraftübertragenden Wirkung notwendige Vorspannung,
damit das elastische Mittel auch noch energievernichtend wirken kann, wenn z. B.
bei Gleisunterbrechungen die Fahrkanten der Schienen Höhenunterschiede aufweisen
und die Achslasten demzufolge beim übergang über die Gleisunterbrechungsstellen
noch erhebliche lebendige Kräfte aufgenommen haben.
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Die als elastisches Zwischenglied verwendete Ringfeder vermag auch
diese Kräfte auf kleinstem Arbeitsweg zu vernichten und vom Unterbau fernzuhälten,
ohne daß ihre auf die Klemmplatten wirkende Rückdruckkraft dadurch nennenswert gesteigert
würde. In dieser unter gewissen Voraussetzungen auch energievernichtenden Wirkung
des elastischen Zwischengliedes liegt ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
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Die beschriebene Schienenbefestigung läßt sich in Verbindung mit allen
Oberbauarten verwenden.