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Schienennagel Die Erfindung betrifft einen federnden Nagel, hauptsächlich
zur Befestigung der Unterlagsplatten an Schwellen bei Eisenbahnoberbau. Der Nagel
ist in gewissen Fällen auch zur Verankerung einer Sch ie»e all der Unterlagsplatte
verwendbar.
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Der allgemeine Vorteil, einen federnden Nagel für die genannten Zwecke
zu verwenden, ist schon anerkannt, weil ein federnder Nagel eine nachgiehige Kraft
ausübt, die eine Befestigung höheren Wertes ergibt. Federnde Nägel zur Befestigung
von Unterlagsplatten und Schienen auf Schwellen, wie sie benutzt oder vorgeschlagen
worden sind, weisen unterschiedliche Formen auf. Alle diese Nägel hingegen weisen
(las eine oder mehrere der vorteilhaften Züge nicht auf, die in dem federnden Nagel
der vorliegenden Erfindung vereinigt sind. So ist es heim Gebrauch gewisser bekannter
Durchbil(lungen federnder Nägel notwendig gewesen, Lacher bestimmter Gestalt oder
Lage in den Unterlagsplatten und Schwellen anzubringen, damit die Federwirkung der
Nägel in Erst:heinung tritt, ode r damit die Schwellen nicht platzen, wenn die Nägel
eingetrieben «-erden. Gewisse bekannte Durchbildungen federnder Nägel sind auch
deswegen schwer einzutreiben, weil sie keinen festen Schlagkopf besitzen, andere
solcher Nägel sind so durchgebildet, daß zum Ausziehen nach dem Einschlagen ein
besonders gestaltetes Werkzeug erforderlich ist. Einige der bekannten Nägelformen
können keinen abwärts gerichteten federnden Preßdruck ausüben und auch keinen seitlichen
Druck auf die Unterlagsplatte, andere wiederum, die solche Drücke ausüben können,
sind dazu nur fähig, wenn sie in einer bestimmten Stellung angebracht werden, was
mit Hinsicht auf Splittergefahr für die Schwelle oder aus anderen praktischen Gründen
unerwünscht sein kann.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Nagels,
der, wenn er durch ein Loch in der Unterlagsplatte zur Verbindung mit der
Schwelle
eingetrieben ist, nicht nur seitlichen Druck auf die Lochwandungen ausübt, sondern
auch einen abwärts gerichteten Druck auf die Unterlagsplatte und diese dadurch fest
und sicher auf der Schwelle hält.
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Weiterhin bezweckt die Erfindung, einen Nagel zu schaffen, der einen
nach unten festen Kopf zum Eintreiben des Nagels mittels eines üblichen Treibwerkzeuges
darbietet und doch den Nagel mittels eines Werkzeuges gebräuchlicher und üblicher
Durchbildung aus der Schwelle herausziehen läßt.
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Die Erfindung schafft weiterhin einen federnden Nagel mit einem so
gestalteten Kopfteil, daß er die körperliche Bewegung federnder Teile des Nagels
gegeneinander beschränkt, wenn der Nagelkopf durch Berührung mit den Lochwänden
in der Unterlagsplatte, durch die der Nagel getrieben wird, seitlich zusammengedrückt
wird.
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Des weiteren ergibt die Erfindung einen so geformten federnden Nagel,
daß vom Nagel federnd ausgeübte Reaktionsdrücke Teile des Nagels federnd unter einem
Stützpunkt auszudehnen suchen, der unter der Unterlagsplatte liegt, wodurch der
Nagel fest mit der Schwelle verbunden wird.
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Schließlich schafft die Erfindung einen federnden Nagel von solcher
Gestalt, daß er leicht herzustellen ist und einen einfachen zusammenhängenden Körper
bildet, der keine Zusammensetzung oder Einstellung vor seinem Gebrauch erfordert
und keiner schädlichen Gestaltsveränderung bei der Handhabung oder beim Gebrauch
unterliegt.
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Erfindungsgemäß hat der Nagel an seinem oberen Ende einen Kopfteil,
von welchem zwei einen Schaft bildende Schenkel ausgehen. Der Kopfteil stellt eine
Schlagfläche in bestimmter Lage zur Längsachse des Nagels dar. Die beiden Schenkel
nähern sich vom Kopfteil aus einander und bilden eine keilförmige Zone, in deren
unterem Teile die Schenkel Abstand voneinander haben. Diese keilförmige Zone liegt
unterhalb und in bestimmter Ausrichtung zur Schlagfläche des Kopfes, um eine nachgiebige
Kraft auszuüben, die bei Zusammenpressung dieser Zone innerhalb eines Loches einer
Unterlagsplatte sowohl seitlich wie axial zum Nagel eine Federkraft ausübt. Die
beiden Schenkel laufen von dem unteren Teile dieser Zone in Abstand voneinander
in der Längsrichtung des Schaftes bis zu einem Näherungspunkte in einer Gegend,
die weiter von dem Kopfteil entfernt ist, darauf verlaufen sie dicht nebeneinander
parallel bis zum spitzen Ende des Schaftes. Die Schenkelachsen. liegen im wesentlichen
in gleicher Ebene.
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Vorzugsweise wird der Nagel aus einem einzigen Stück einer Metallstange
hergestellt, und zwar ganz durch Biegen. Wenn es gewünscht wird, kann die Stange
jedoch anfänglich zwei Stücke haben, die etwa durch Schweißen zusammengebracht werden,
nachdem die Stücke einzeln in Form gebracht sind.
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Die Erfindung wird jetzt im einzelnen unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben. Hierin ist Fig. i ein Seitenaufriß eines Ausführungsbeispieles
des neuen Nagels, Fig.2 ein Teilseitenaufriß, der den Nagel nach Fig. i durch das
Nagelloch in der Unterlagsplatte in eine Schwelle hineingetrieben zeigt. Die Unterlagsplatte
und die Schwelle sind geschnitten dargestellt.
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Fig. 3 ist ein waagerechter Schnitt nach der Linie 111-III von Fig.
2.
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Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer abgeänderten Nageldurchbildung,
Fig. 5 ist Teilansicht des Nagels nach Fig. 4, nach Durchtreiben des Nagels durch
ein Loch in einer Unterlagsplatte und in eine Schwelle, an der die Unterlagsplatte
angebracht ist. Unterlagsplatte und Schwelle sind im Schnitt dargestellt.
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Gemäß den Fig. i, 2 und 3 besteht der Nagel aus einer Stange federnden
:Metalls, vorzugsweise Stahles, von rechteckigem Querschnitt. Die Metallstange ist
in sich gebogen, so daß der Nagel gegabelt ist und an seinem oberen Ende einen allgemein
mit'i bezeichneten Kopffeil hat. Die beiden Schenkel 2 und 3 erstrecken sich vom
Kopfteil i nach unten und bilden einen allgemein mit 4 bezeichneten Schaft. Die
unteren Enden der Schenkel 2 und 3 enden in dem Anschlagende 5 des Schaftes, wo
die beiden Schenkel in Berührung treten oder dicht nebeneinander liegen, zweckmäßig
sind sie abgeschrägt, um das Einschlagen zu erleichtern. Auf eine beträchtliche
Strecke längs des Nagelschaftes vom Eindringende 5 aus laufen die Schenkel 2 und
3 dicht parallel, und wenn sie sich dann dem Kopfteil i nähern, gehen sie in den
Zonen oder Gegenden 2a und 3a leicht auseinander, um zwischen sich eine Trennlücke
6 zu bilden. In der nächstfolgenden Längsstrecke des Schaftes, näher am Kopfteil
i, gibt es Zonen oder Gegenden 2b und 3b, die im wesentlichen voneinander getrennt
sind und gemäß der Zeichnung annähernd parallel zueinander liegen.
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Der Kopfteil i des Nagels wird durch eine betonte Spreizung der Längsstrecke
der Schenkel über den Zonen 2b und 3b gebildet. Diese Spreizung ist bei 2c und 3c
angegeben. Der Kopfteil i bekommt so die Allgemeingestalt eines umgekehrten U. Die
Zonen oder Gegenden 2c und- 3c sind in der Richtung auf das untere Ende des Schaftes
4 hin gegeneinander geneigt und belassen zwischen sich eine V-förmige öffnung 7.
Der Oberteil des Kopfteiles i bildet eine Brücke ja, die die Teile 2C und 3c verbindet.
Die obere Fläche der Brücke ja ist, wie dargestellt, zweckmäßig abgeflacht, um die
Schlagfläche für den Kopfteil i zu bilden.
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Es sei bemerkt, daß die Verbindungsbrücke ja und die durch sie gebildete
Schlagfläche in bestimmter Lage zur Längsachse des Nagelaufbaues als eines Ganzen
liegen. Der Nagel ist zu seiner Längsachse symmetrisch. Es ist dadurch leicht, den
Na. gel in übereinanderliegende Löcher in einer Unterlagsplatte und einer darunter
befindlichen Schwelle einzutreiben, indem man gerade Schläge auf die Schlagfläche
des Kopfteiles i ausführt. Die Schläge werden längs der Längsachse des Nagels auf
das Einschlagende übertragen.
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Bringt man den Nagel bei einem vorgearbeiteten
Loche
a in einer Unterlagsplatte A und bei einen vorbereiteten Loche b in einer Schwelle
B an, so werden die Löcher in gute Ausrichtung gebracht, und es wird das untere
Ende des Schaftes 4 des Nagels in das Loch a der Unterlagsplatte
A eingeführt und dann der Schaft in dieses Loch und in das Loch b der Schwelle
B eingetrieben. Gemäß der allgemeinen Übung der Eisenbahnverwaltungen haben die
Löcher in der Unterlagsplatte und in der Schwelle vorgeschriebene Abmessungen und
zufällige Abweichung davon ist nicht groß. Es ist daher möglich, einen Nagel gemäß
der Erfindung auszubilden, der streckenweise in gewünschter Ordnung gegenüber den
Löchern in der Unterlagsplatte und der Schwelle, durch und in die der Nagel dringen
soll, größer ist. Nimmt man an, daß eine solche überhöhte Beziehung besteht, so
wird der Nagel in die ausgerichteten Löcher der Unterlagsplatte und der Schwelle
durch Schläge getrieben, die auf die Schlagfläche des Kopfteiles i des Nagels ausgeführt
werden. Bei diesem Eintreiben tritt der untere Teil des Schaftes, wo die Schenkel
2 und 3 nahezu parallel laufen, leicht durch das Loch a in der Grundplatte hindurch
und in das Loch b der Schwelle hinein. Bei einer bestimmten Beziehung zwischen den
Abmessungen des Unterlagsplattenloches und des Nagels ergibt sich eine Anfangspressung
des Nagels, wenn die leicht schräg verlaufende Zone oder Gegend 2a und 311 des Nagels
im Loche a liegt; und zwar mit entsprechender Abnahme der seitlichen Abmessung der
Lücke 6 zwischen den Schenkeln 2 und 3 in dieser Zone.
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In dieser Stufe des Eintreibens liegen die äußeren Schrägflächen der
Zonen 2a und 3a der Nagelschenke] 2 und 3 nicht flächig gegen die gegenüberliegenden
Flächen des Loches a in der Unterlagsplatte an, weil die Neigung der besagten Zonen
Öffnungen in dem unteren Teil des Loches beläßt. Wenn jedoch das Eintreiben so weit
vorgeschritten ist, daß die annähernd parallelen Zonen 26 und 3° der Nagelschenkel
in dem Loche a in der Unterlagsplatte liegen, so liegen entgegengesetzte Außenflächen
dieser Zonen, wobei die Schenkel 2 und 3 zusammengepreßt werden, flächig in Berührung
mit gegenüberliegenden Wänden des Loches a unter Anlage an diese durch die ganze
Lochtiefe (s. Fig. 3). Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist jeder der Nagelschenkel
2 und 3 auf Wunsch so bemessen, daß seine Breite im wesentlichen das Doppelte seiner
Stärke ist. Solche Bemessung erzeugt eine Querschnittsgestaltung des unteren Teiles
des Schenkels 4 entsprechend der Bemessung der Löcher in normalen Unterlagsplatten,
wie sie allgemein im Eisenbahnstreckenbau benutzt werden.
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Wenn das Eintreiben des Nagels weiter fortschreitet, treten die Zonen
2a, 30 und 26, 36 der Schenkel 2 und 3 in das Loch b der Schwelle
B ein, und es wird dieser Teil des Nagels darin zusammengedrückt. Weil der Nagelschaft
gegen die Wandung des Loches in der Schwelle B gedrückt wird, übt der Nagel eine
längs zur Schwelle gerichtete und quer zur Unterlagsplatte A verlaufende Kraft aus,
die fest und bestimmt die Unterlagsplatte und die Schwelle verbindet. Als eine Nebenerscheinung
davon werden die Spreizzonen 2e, 3c in gewissem Betrag in das Loch a in der Unterlagsplatte
A hingedrückt und berühren es in der aus der Fig.2 ersichtlichen Lage noch fester.
Wie daraus ersichtlich, nimmt die Öffnung 6 bei dieser Hauptverriegelungsgegend
des Nagels wesentlich in ihrer seitlichen oder Querabmessung ab, und auch die Öffnung
7 von fast V-förmiger Gestalt, die in dem Kopfteil i des Nagels liegt, wird in ihrer
Seitenabmessung zum Teil verringert. Der Zwischenraum zwischen den Schenkeln 2 und
3 des Schaftes 4 in der Gegend des Unterlagsplattenloches a wird mehr geschlossen
als bei ungedrücktem Zustande des Nagels.
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Es ist ein wesentliches Wirkungsmerkmal des Nagels, daß unter den
beim Eintreiben auftretenden Verhältnissen er sowohl eine senkrecht gerichtete Federkraft
als auch eine seitlich gerichtete Federkraft auf die Unterlagsplatte ausübt. So
ist aus Fig.2 der Zeichnung zu ersehen, daß, wenn der Nagel über den Punkt hinausgetrieben
wird, an dem die merkbare Spreizung, die Zonen 2c, 3c, zwischen den Schenkeln 2
und 3 zur Bildung des Kopfteiles i des Nagels beginnt, die Zusammendrückung des
Nagels eine nach unten gerichtete Keilwirkung und eine seitliche Klemmwirkung auf
die Unterlagsplatte ausübt.
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Auch der Kopfteil i des Nagels mit seiner Brücke ja zwischen den Spreizzonen
2c, 3° der Schenkel 2 und 3 begrenzt die körperliche Annäherung dieser Zonen gegeneinander,
wenn der Nagel eingetrieben wird. Diese Begrenzung hat eine Rückwirkung in der körperlichen
Bewegung der Schenkel gegeneinander in dem Teile oberhalb der Unterlagsplatte und
sucht die Biegungspunkte über diese Gegenden des Schaftes 4 zu verteilen, in denen
seine Schenkel getrennt sind. Durch diese Verteilung der Biegung der Schenkel des
Nagels und durch die Vermeidung übermäßiger örtlicher Biegung in irgendeiner Gegend
des Nagels wird die Ermüdung des Metalls, aus dem der Nagel besteht, vermindert
und seine Lebensdauer erhöht. Auch der seitlich zum Nagel ausgeübte Rückdruck wird
erhöht, und das erhöht die Sicherheit der Berührung und vermindert die Neigung zum
Abwürgen des Nagels durch Löseneigungen.
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Die dichte Berührung der Nagelschenkel mit der Oberfläche der Unterlagsplatte
und mit den gegenüberliegenden Seiten des Loches in der Unterlagsplatte und die
einzwängende Oberfläche des Loches in der Schwelle sichert Aufrechterhaltung richtigen
Schienenmaßes durch zwangsweise Erhaltung fester Lage der Unterlagsplatte, so daß
wiederholte kleine Verschiebebewegungen der Unterlagsplatte nicht seitlich gegen
den Nagel schlagen, ihn kippen und so das Loch in der Schwelle vergrößern können.
Wenn der Nagel in seine Endstellung eingetrieben ist, so findet die Spreizzone 2c,
3c Stützung in der Brücke ja des Kopfteiles i und an dem Näherungspunkt der Schenkel
unterhalb der Unterlagsplatte. Die Rückwirkung aus der Zusammendrückung des Nagels
an dem Stützpunkte unterhalb der Unterlagsplatte
mit Brückenstützung
im Kopfe des Nagels sucht die Schenkel 2 und 3 unterhalb des Näherungspunktes (Konvergenzpunkt)
mit dem Ergebnis auseinanderzuzwingen, daß die Schenkel am Spitzende 5 sich zu spreizen
suchen. Dadurch entsteht eine Federkraft von den Nagelschenkeln auf die Wände des
Loches in der Schwelle und dadurch fester Griff zwischen Nagel und Unterlagsplatte
mit der Schwelle.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Brücke i° in dem Kopfteil i des
Nagels als ein Lagerungspunkt und der Näherungspunkt in der Zone 2a und 3a der Schenkel
unterhalb der Unterlagsplatte A in annähernd gleichem Abstand von der waagerechten
Mittellinie des Unterlagsplattenloches a, und diese Verteilung ergibt die höchste
Spreizwirkung an den Unterenden der Nagelschenkel. Auch diese dichte Berührung sichert
gegen Abnutzung der Schwelle durch wiederholte leichte Schiebebewegungen der Unterplatte.
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Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß die von dem eingetriebenen Nagel
auf die Schwelle ausgeübte Federkraft in der Längsrichtung der Schwelle verläuft
und nicht die Körnung des Holzes darin zu zerteilen sucht. Das vermindert stark
die Neigung der Schwelle, sich während des Eintreibens des Nagels und wenn letzterer
in seiner Endstellung ist, zu spalten. Der einfache Aufbau des Nagels mit seinem
Kopfteil i in bestimmter Lage zur Längsachse des Schaftes ,4 erlaubt es, den Nagel
mit seinem Kopfe in jeder Stellung hinsichtlich des Verlaufes der Schiene und der
Lage der Unterlagsplatte einzutreiben, und macht es unnötig, Löcher besonderer Gestalt
in der Unterlagsplatte und der Schwelle anzubringen, oder sie besonders in der Unterlagsplatte
anzuordnen, um volle Verriegelungswirkung des Nagels zu erhalten.
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Es ist zu bemerken, daß nicht nur der Kopfteil i des Nagels besonders
geeignet ist, durch Hammerschläge unmittelbar längs der Längsachse des Nagels eingetrieben
zu werden, sondern auch daß die V-förmige Öffnung 7 im Kopfteil oberhalb der Untergrundplatte,
wenn der Nagel eingetrieben ist, es ermöglicht, den Nagel durch ein einfaches Ziehwverkzeug,
beispielsweise ein Brecheisen, zu ergreifen, wenn man den-Nagel entfernen will.
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Es ist auch klar, daß die ausgebeulte Gestalt des Kopfteiles i des
Nagels ihn in eines der Linienlöcher einer Unterlagsplatte eintreiben läßt, um seitlich
und abwärts gerichtete Kräfte auf den Unterteil einer Eisenbahnschiene ausüben zu
lassen. Der Nagel dient als Schienenverankerung zuzüglich zur Hauptwirkung des Nagels,
wenn er durch eines der Nebenlöcher der Unterplatte getrieben wird, um einfach die
Unterplatte an der Schwelle festzumachen. Die letztere Benutzung indessen kann als
(las Hauptziel des Nagels angesehen werden.
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Was nun die abgeänderte Nageldurchbildung nach den Fig. 4 und '5 anlangt,
so ist es klar, daß der Unterteil des Nagelschaftes 4 und der Kopfteil i des Nagels
mit den entsprechenden Teilen des Nagels nach den Fig. i bis 3 übereinstimmt. ?n
der :\1)w-andlung indessen sind die geradlinigen Spreizungen der Schenkel 2 und
3 und der untere Teil der parallelen Zone 26, 36 in der Durchbildung nach den Fig.
i bis 3 durch eine Zone 8a, 911 ersetzt, in der die Schenkel von der Längsachse
des Nagels weg nach außen gebogen sind. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist diese Zone
der Auswärtsbiegung durch das Loch a in der Grundplatte A und in das
Loch b
in der Schwelle B getrieben worden. Dadurch übt die nach auswärts gebogene
Zone 8a, 9a der Nagelschenkel 2 und 3 eine besonders große Federkraft auf die Seitenwandung
des Loches in der Schwelle aus und greift unter die Unterfläche der Unterlagsplatte.
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Es ist gefunden worden, daß die Entfernung des Nagels nach den Fig.
4 und 5, wenn er einmal fest in die Schwelle eingekeilt ist, die Anwendung einer
unmittelbar angewendeten Zugkraft von recht erheblicher Größe fordert. Weil nun
die gebogene Zone 8a, 9a federnd ist, so ist es möglich, diese Zone durch das Loch
in der Unterlagsplatte in die aus Fig. 5 ersichtliche Stellung zu treiben, in der
sie eine nach außen gerichtete Kraft in dem Schwellenloch ausübt und für eine Verriegelung
unter der Unterfläche der Unterlagsplatte sorgt. Infolge der Tatsache, die oben
in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel eines Nagels nach Fig. i bis 3 erläutert
ist, daß nämlich der Nagel eingetrieben werden kann, um seine Federkraft in der
Längsrichtung der Schwelle auszuüben und ohne das Holzkorn zu verschieben, kann
auch die abgeänderte Form des Nagels fest eingetrieben werden, ohne die Schwelle
zu zersplittern. Die beiden hier dargestellten Nageldurchbildungen ergeben einen
federnden, sich selbst verriegelnden Nagel mit einem in senkrechter Richtung festen
Treibkopf, auf dem unmittelbar Hammerschläge ausgeübt werden können, und zwar in
der Längsachse des Nagels. Wenn der Nagel eingetrieben ist, so übt er auf eine Unterlagsplatte
durch das Loch, in das er eingetrieben ist, eine Federkraft aus, die sich längs
der Längsachse des Nagels erstreckt und auf die Unterplatte im Loche darin ausgeübt
wird, uni die Unterlagsplatte fest an der Schwelle zu halten.
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Es ist selbstverständlich, daß der Querschnitt der Metallstange, aus
der der Nagel hergestellt wird, wenn gewünscht, anders als rechteckig sein kann.
Es ist wichtig, daß der Nagel aus einem Metall hergestellt wird, das Stärke und
Federung vereinigt, um die Hauptbedingungen seiner Benutzung zu erfüllen. Während
Federstähle von besonderer Zähigkeit und Federung für den genannten Zweck geeignet
sind, kann auch anderes -Metall, das die nötigen Merkmale besitzt, verwendet werden.