EP0460778B1 - Befestigung einer Spurplatte und Verfahren zur Herstellung einer Weiche und einer Y-Stahlschwelle für eine Eisenbahn - Google Patents

Befestigung einer Spurplatte und Verfahren zur Herstellung einer Weiche und einer Y-Stahlschwelle für eine Eisenbahn Download PDF

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EP0460778B1
EP0460778B1 EP91250126A EP91250126A EP0460778B1 EP 0460778 B1 EP0460778 B1 EP 0460778B1 EP 91250126 A EP91250126 A EP 91250126A EP 91250126 A EP91250126 A EP 91250126A EP 0460778 B1 EP0460778 B1 EP 0460778B1
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EP
European Patent Office
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bolts
points
welding
sleepers
sleeper
Prior art date
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EP91250126A
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English (en)
French (fr)
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EP0460778A1 (de
Inventor
Günter Fasterding
Klaus Meurer
Thomas Maurer
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Preussag Stahl AG
Original Assignee
Preussag Stahl AG
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/22—Special sleepers for switches or crossings; Fastening means therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
    • E01B9/38—Indirect fastening of rails by using tie-plates or chairs; Fastening of rails on the tie-plates or in the chairs
    • E01B9/40—Tie-plates for flat-bottom rails

Definitions

  • the invention relates to a mounting for a track plate and a method for producing a switch and a Y-shaped steel sleeper for a railway according to the preambles of claims 1, 4 and 6.
  • Track plates are fastened, for example, as ribbed plates or sliding chairs for rail mounting on wooden sleepers (DE-C-35 26 653) or concrete sleepers with wood screws directly or in appropriate dowels.
  • CH-A-396960 shows the fastening of a track plate on a steel or concrete bridge with the interposition of an insulating plate. Eccentric insulating bushes are inserted into the holes in the track plate, which are intended to correct inaccuracies in the arrangement of the bolts for fastening the track plates or to allow the track width or the lines of the rails to be readjusted.
  • the insulating bushes which are provided with an eccentric bore and are loosely inserted into the ribbed plate, are to allow precise positioning of the rails by being supported on the fastening bolts.
  • the type of attachment leads to partial destruction of the insulating plate in the area of the load Holes in the ribbed plate and to a bending load on the fastening bolt.
  • Track plates for Y-steel sleepers are still used today as connectors for the upper chords of the adjacent double-T beams and welded to them (DE magazine “ETR Eisenbahntechnische Rundschau", issue 1-2, 1988, pp. 67-70 and DE-U -87 09 429.0).
  • the track plates must be welded all around and from the underside of the sleeper. When manufacturing individual sleepers, these have to be turned. The production of a turnout from Y-steel sleepers with such track plates is even more difficult.
  • the track plates with the rails on them are first welded on one side and then the entire switch or the part of a switch that is ready to be installed must be turned to weld the track plates from the underside. Overhead welding is prohibited for reasons of space, visibility and security.
  • the disadvantages of the prior art should be avoided.
  • a track plate provided with holes is attached to Y-shaped steel sleepers for a railroad consisting of double-T beams, comprising bushings which are fitted into the holes and bolts whose shafts with play through holes in the Sockets protrude and an insulating plate arranged between the track plate and the steel sleeper with passages for the screw bolts and the sockets, which correspond approximately to the size of the holes in the track plate (cf. DE-A-3708752), in which, according to the invention, the sockets are made of hard plastic existing insulating bushes are designed and in which the bolts consist of bolts which are attached to the double-T-beams from the top of the threshold by bolt welding at an exact distance from one another.
  • the use of stud welding at the previously determined fastening points also enables defined penetration conditions during welding through the standard use of the usual welding bead-forming ceramic rings and the resulting defined bead size.
  • the method permits series production of the fastening according to the invention. Problems with welding spatter, as is common with manual welding, are excluded with the stud welding technology mentioned.
  • the actual rail fastening no longer requires electrical insulation, so that commercially available, non-insulated or isolatable, fastening of rails on ribbed plates by means of hook screws and conventional K fastening or resilient fastening can be used.
  • the insulating plate for example made of cellular plastic material, can also be assigned a resilient effect for the elastic fastening of the rib plate.
  • This spring action is used in particular for asphalt or concrete bedding of the tracks, in which the elastic behavior of the track body is simulated by a depression characteristic of an insulating plate made of plastic, which is similar to ballast bedding.
  • the ones to be specified Plastic thicknesses and material stiffness can be calculated exactly, as practical tests have shown.
  • Bushings that are made of hard plastic, e.g. B. are made of glass fiber reinforced polyamide insulating sleeves, remain true to shape with the occurring mechanical loads and temperatures.
  • the definition of the bushing size makes it easy to insert the ribbed plate with the bushing and prevents the introduction of a bending moment on the screw shafts in the event of a transverse displacement of the track plate due to the rail load. In extensive tests, it was found that this transverse displacement in the fastening according to the invention can be limited to 0.1 to 0.3 mm even after several million load cycles. This allows a close tolerance of the bush geometry.
  • the welding point of the bolt on the threshold is provided with permanent corrosion protection, for example made of a bitumen material or a special epoxy resin mixture, which is set softly for the usual temperature load of rails from -40 ° C to + 80 ° C. This prevents corrosion media from attacking the weld.
  • the insulating plates are equipped according to the invention with large passages which, in accordance with the hole cross sections, can accommodate a defined mass of corrosion protection agent.
  • the attachment of the z. B. designed as a ribbed plate or sliding chair track plate with a spring on the bolt between the insulating bush and nut.
  • This feather serves several purposes.
  • a desired sinking depth of the insulating plate under load can be defined in a defined manner by using a spring or made safer without loosening the screw connection.
  • the tightening torque of the screw connection can be metered more sensitively.
  • a plastic cap is provided, which indicate a certain travel, in which the cap rests on its base.
  • a mis-welded bolt can be removed locally and after grinding the The welding point can be replaced by another stud at the same location or in the target position next to it.
  • a sleeper head or sleeper end can be used as a reference point for a bolt, since the steel sleeper, unlike the wooden sleeper or concrete sleeper, can be manufactured with constant dimensions as standard.
  • separately manufactured Y-steel sleepers can be connected to a turnout with a separately manufactured carriageway on the construction site or, if necessary, in a partial assembly workshop.
  • the threshold can be prefabricated with stable spacers between the top and bottom chords of the double-T beams. These are particularly adapted to the beams and their loads, since the ribbed plate welded on according to the prior art is omitted as a spacer and as a stiffening component. Depending on the width of the straps or the width of the supports used or their moment of resistance or inertia or the width of the track plates, the supports can also be welded to the straps without gaps.
  • the thresholds can be designed in Y shape or in double Y shape, half Y shape or in a so-called Y-N shape.
  • Figure 1 shows a track system with rails 11, 13, which are in track S along the track axis A and pass from a track with YN sleepers 1200 into a switch consisting of sleepers 1201 to 1207.
  • the switch has additional tongue rails 14, 15; it has a radius R of 1200 m.
  • the threshold 1200 like the other thresholds, consists of a middle double-T beam 2, two outer double-T beams 1 and short double-T beams 4 in between.
  • Two beam ends 1, 2 and 1, 4 form a rail base P3, which is designed as a ribbed plate or base P7, which is designed as a sliding chair.
  • the thresholds 1201 to 1207 of the switch section between the dividing points 8 are designed similarly to the threshold 1200, except that the rail support points take into account the tongue rails 14, 15 and their displacement are trained differently.
  • the tongue rails 14, 15 can be moved by rods 10 between the stops 9.
  • the positions of the Bases P3, P7, the z. B. can be calculated in a computer and transferred to a corresponding coordinate grid in a partial assembly plant for the switch section 8-8.
  • FIG. 2 shows a fastening as it is provided for a Y-steel sleeper switch 12 on a solid carriageway, for example asphalt bedding or concrete bedding.
  • the fastening 49 shown on the left in FIG. 2 is located on the double T-beam 2 in the example of the threshold 1200, while the cut fastening shown in the right half in the sense of the threshold 1200 on the double T-beam 1 lies.
  • the hook screws 17 with springs 18 for fastening the foot 23 of the rail 16 lie centrally between the supports 1, 2; they are anchored in a recess in the rib 25 of the rib plate 3.
  • a damping plate 24 is arranged between the rail 16 and the rib plate 3.
  • the ribs 25 of the rib plate 3 limit the lateral migration of the rail foot 23.
  • Two plastic plates 19, 20 are arranged between the rib plate and the double-T beam consisting of the upper flange 22, lower flange 21 and web 5. These simulate a desired sink depth of a threshold - that is, an elastic behavior - when the rail 16 is loaded by a train.
  • a screw bolt 36 was fixed to the shaft 27 to form a weld bead 28 connected to the top flange 22 of the double T-beam 1.
  • the welding point is filled up to approximately the thickness of the insulating plate 20 within the passage 29 of this insulating plate with anti-corrosion agent 26 to cover the welding bead 28.
  • the screw shaft 27 is surrounded by an insulating bush 31 fitted tightly in hole 30 of the rib plate 3, the collar of which on the rib plate 3 rests.
  • a disc spring assembly 34 is arranged between two disks 32 and is surrounded by a spring cap 33.
  • the screw bolt 36 which transmits its force to a spring assembly 34 through a self-locking nut 35 until the spring cap 33 comes into contact with the insulating bush 31.
  • a pre-adjustable spring travel is visibly achieved from the outside.
  • the screw bolt is provided with a cap 37 which contains condensation water openings 48.
  • Figure 3 shows a fastening of a ribbed plate similar to Figure 2, but as a fastening for a steel sleeper in ballast bedding.
  • the fastening 50 shown on the left belongs to a double T-beam 2 lying behind the double-T beam 1, while the fastening cut in the right-hand illustration belongs to the double-T beam 1.
  • the same numbering of the parts shows their identity.
  • a short screw bolt 39 is welded onto the top flange 22 of the double T-beam 1; around the welding point in passage 46 an insulating plate 44, an epoxy resin 45 has been introduced as an anti-corrosion agent.
  • the bolt 39 protrudes through an insulating bush 43 which is tightly inserted in hole 30 of the ribbed plate 3.
  • washers 41, 42 are provided which press the collar of the insulating bush 43 firmly onto the ribbed plate 3.
  • the screw bolt 39 is provided with a cap 38 which has condensation water openings 47.
  • a ribbed plate fastening corresponding to the situation in FIG. 3 was subjected to a fatigue strength test in a scissor lever vibration test.
  • the sleeper consisted of two wide-flanged double T-beams in parallel in the support area of the rail with a profile height of 95 mm and a width of the belts of 140 mm, which were welded together at a distance of 20 mm.
  • the spacers between the upper and lower belts were welded in between the upper and lower belts 100 mm below the area of the ribbed plate.
  • four bolts 39 for each rib plate with the thread M22 were welded onto the upper flange 22 of the double-T beam 1.
  • the insulating plate 44 and then the rib plate 3 were first pushed over the screw bolts 39.
  • the insulating plate was 8.5 mm thick and consisted of ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA).
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • the disks 41 were designed as spring washers; with the tightening torque of 250 Nm that was exerted on the nut, they pressed the insulating bushing onto the ribbed plate and thus onto the top of the threshold.
  • Type UIC 60 was tested as a rail.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Railway Tracks (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Befestigung für eine Spurplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer Weiche sowie einer Y-förmigen Stahlschwelle für eine Eisenbahn gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4 und 6.
  • Spurplatten werden beispielsweise als Rippenplatten oder Gleitstühle für die Schienenlagerung auf Holzschwellen (DE-C-35 26 653) oder Betonschwellen mit Holzschrauben direkt oder in entsprechenden Dübeln befestigt.
  • Die CH-A-396960 zeigt die Befestigung einer Spurplatte auf einer Stahl- oder Betonbrücke unter Zwischenfügung einer Isolierplatte. In die Löcher der Spurplatte sind exzentrische Isolierbuchsen eingesetzt, die Ungenauigkeiten in der Anordnung der Schraubenbolzen für die Befestigung der Spurplatten korrigieren oder eine Nachregulierung der Spurbreite bzw. der Linienführung der Schienen ermöglichen sollen.
  • Die mit exzentrischer Bohrung versehenen und locker in die Rippenplatte eingesetzten Isolierbuchsen sollen durch Abstützung an den Befestigungsbolzen eine genaue Positionierung der Schienen zulassen.
    Die Art der Befestigung führt bei Belastung zu einer teilweisen Zerstörung der Isolierplatte im Bereich der Löcher in der Rippenplatte und zu einer Biegebelastung des Befestigungsbolzens.
  • Für Y-Stahlschwellen sind aufgeschweißte Rippen mit dazwischenliegenden Schienenführungen bekannt (DE-A-35 06 154). Auch sind Y-Stahlschwellenweichen mit - allerdings relativ teurer - elektrisch isolierter, geschraubter Spurplatten-Befestigung (DE-A-37 08 752) vorgeschlagen worden. Die Verwendung von Y-Schwellen für Weichen ist weiterhin bekannt aus DE-C-35 31 855 und DE-C-38 28 440.
  • Spurplatten bei Y-Stahlschwellen werden bis heute als Verbinder der Obergurte der benachbarten Doppel-T-Träger eingesetzt und mit diesen verschweißt (DE-Zeitschrift "ETR Eisenbahntechnische Rundschau", Heft 1-2, 1988, S. 67-70 und DE-U-87 09 429.0). Zur Verhinderung einer Spaltkorrosion zwischen den Spurplatten und den Obergurten sowie zur Vermeidung einer belastungsbedingten Aufbiegung des Spaltes müssen die Spurplatten rundum und von der Schwellenunterseite her verschweißt sein. Bei der Fertigung einzelner Schwellen müssen diese dazu gedreht werden. Noch schwieriger gestaltet sich die Fertigung einer Weiche aus Y-Stahlschwellen mit derartigen Spurplatten. Nachdem die Position der Schienenstützpunkte und damit der Spurplatten angezeichnet ist, werden die Spurplatten mit den darauf befindlichen Schienen zunächst einseitig verschweißt und dann muß die gesamte Weiche bzw. der verlegefertig vormontierte Teil einer Weiche gewendet werden, um die Spurplatten von der Unterseite zu verschweißen. Überkopfschweißen verbietet sich aus Platz-, Sicht- und Sicherheitsgründen.
  • Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Serienfertigung der Y-Stahlschwellen. Unterschiedliche Bahnbetreiber wünschen aus Gründen des eigenen Sicherheitsstandards und der Lagerhaltung unterschiedliche, z. B. elektrisch isolierte Schienenbefestigungen und demgemäß unterschiedliche Spurplatten. Dadurch bedingt können nur kleine Losgrößen mit bestimmten Spurplatten gefertigt werden.
  • Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, elektrisch isolierende Befestigungen von Spurplatten auf Y-Stahlschwellen in Schotter- und Asphaltbettung vorzuschlagen, die die Anwendung unterschiedlicher Spurplatten zulassen, aber dabei sehr preiswert sind und eine Großserienfertigung sowie die Herstellung entsprechender Y-Stahlschwellen und Weichen aus Y-Stahlschwellen ermöglichen. Die Nachteile des Standes der Technik sollen dabei vermieden werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird von einer Befestigung einer mit Löchern versehenen Spurplatte auf aus Doppel-T-Trägern bestehenden Y-förmigen Stahlschwellen für eine Eisenbahn ausgegangen, umfassend Buchsen, die in die Löcher eingepaßt sind sowie Schraubbolzen, deren Schäfte mit Spiel durch Bohrungen in den Buchsen ragen und eine zwischen der Spurplatte und der Stahlschwelle angeordnete Isolierplatte mit Durchlässen für die Schraubbolzen und die Buchsen, die etwa der Größe der Löcher der Spurplatte entsprechen (vgl. die DE-A-3708752), bei der erfindungsgemäß die Buchsen als aus hartem Kunststoff bestehenden Isolierbuchsen ausgestaltet sind und bei der die Schraubbolzen aus von der Schwellenoberseite her durch Bolzenschweißung in exaktem Abstand zueinander auf den Doppel-T-Trägern aufgebrachten Schraubenbolzen bestehen.
  • Diese Befestigung hat mehrere Vorteile.
    Es können beinahe beliebige Spurplatten, Rippenplatten oder Gleitstühle verwendet werden, die lediglich vorgegebene Lochabstände für ihre Befestigung auf den Schweißbolzen aufweisen müssen, so daß auch für Y-Stahlschwellen, ähnlich den Holzschwellen, eine Serienfertigung möglich ist.
    Es sind Versuche bekannt, die Schienenbefestigung selbst durch eingeschweißte Schraubenbolzen bei Stahl-Trogschwellen zu realisieren (DE-C-494 119), jedoch bedurfte es dabei einer zusätzlichen Verstärkung der örtlichen Schwellenbereiche und die Verschweißung erfolgt ebenfalls sehr umständlich von der Schwellenunterseite her.
    Weiterhin ist bekannt, bei Kranschienen den Schienenfuß an auf einer Metallunterlage angeschweißten Schraubenbolzen zu befestigen (DE-A-28 20 458), jedoch sind dazu speziell bearbeitete Metallunterlagen oder Befestigungselemente, die Platz für die Schweißwülste schaffen erforderlich.
    Eine fakultative Angabe, beispielsweise geschweißte Bolzen für eine federnde Kranschienenbefestigung zu verwenden, ist der DE-C-21 07 374 zu entnehmen. Die dazu erwähnte Methode, die Bolzen von Hand aufzuschweißen, löst das Problem der Serienfertigung nicht; ebensowenig wird das Problem der Isolierung von Schienen auf Y-Stahlschwellen angesprochen. Eine Lochung oder Abarbeitung der Doppel-T-Träger ist aus statischen und fertigungstechnischen Gründen nicht möglich.
  • Die Anwendung der Bolzenschweißung an den zuvor ermittelten Befestigungspunkten ermöglicht durch eine serienmäßige Verwendung der üblichen schweißwulstformenden Keramikringe und der daraus resultierenden definierten Wulstgröße auch definierte Einbrandverhältnisse bei der Schweißung. Die Methode laßt eine eine Serienfertigung der erfindungsgemäßen Befestigung zu. Probleme mit Schweißspritzern wie bei der Handschweißung üblich, sind bei der genannten Bolzenschweißtechnik ausgeschlossen. Bei einer Befestigung gemäß der Erfindung bedarf die eigentliche Schienenbefestigung keiner elektrischen Isolierung mehr, sodaß handelsübliche, nicht isolierte oder isolierbare, Befestigungen von Schienen auf Rippenplatten mittels Hakenschrauben und üblicher K-Befestigung oder federnder Befestigung einsetzbar sind.
    Der Isolierplatte, beispielsweise aus zellularem Kunststoffmaterial, kann neben der elektrisch isolierenden Wirkung gleichzeitig eine federnde Wirkung für die elastische Befestigung der Rippenplatte zugeordnet werden. Diese Federwirkung wird insbesondere für Asphalt- oder Betonbettung der Gleise ausgenutzt, bei denen das elastische Verhalten des Gleiskörpers durch eine einer Schotterbettung angeglichenen Einsenkcharakteristik einer Isolierplatte aus Kunststoff simuliert wird. Die dazu vorzugebenden Kunststoffdicken und Materialsteifigkeiten sind exakt berechenbar, wie Praxisversuche ergeben haben.
  • Buchsen, die als aus hartem Kunststoff, z. B. aus glasfaserverstärktem Polyamid bestehenden Isolierbuchsen ausgestaltet sind, bleiben formgetreu bei den auftretenden mechanischen Belastungen und Temperaturen. Die Definition der Buchsengröße bewirkt eine leichte Einlegbarkeit der Rippenplatte mit der Buchse und die Verhinderung der Einleitung eines Biegemomentes auf die Schraubenschäfte bei einer aus der Schienenbelastung herrührenden Querverschiebung der Spurplatte. In umfangreichen Versuchen wurde festgestellt, daß diese Querverschiebung bei der erfindungsgemäßen Befestigung auch nach einigen Millionen Lastspielen auf 0,1 bis 0,3 mm begrenzbar ist. Dies läßt eine enge Tolerierung der Buchsengeometrie zu.
  • Die Schweißstelle des Schraubenbolzens auf der Schwelle wird mit einem dauerhaften Korrosionsschutz versehen, z.B. aus einem Bitumenmaterial oder einer speziellen Epoxyharzmischung, die weich eingestellt wird für die bei Schienen übliche Temperaturbelastung von -40°C bis +80°C. Dies verhindert einen Angriff von Korrosionsmedien auf der Schweißstelle. Zur Anbringung des Korrosionsschutzes sind die Isolierplatten erfindungsgemäß mit großen Durchlässen ausgestattet, die, den Lochquerschnitten entsprechend, eine definierte Masse an Korrosionsschutzmittel aufnehmen können.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Befestigung der z. B. als Rippenplatte oder Gleitstuhl ausgebildeten Spurplatte mit einer Feder auf dem Schraubenbolzen zwischen der Isolierbuchse und Mutter versehen. Diese Feder erfüllt mehrere Aufgaben. Eine gewünschte Einsinktiefe der Isolierplatte unter Belastung kann durch Verwendung einer Feder definiert vergrößert oder sicherer gestaltet werden, ohne daß die Verschraubung gelockert wird. Außerdem läßt sich das Anzugsmoment der Verschraubung feinfühliger dosieren.
  • Im rauhen Betrieb der Gleisbautechnik ist es sinnvoll, anstelle eines definierten Drehmomentes für die Verschraubung oder zusätzlich zu diesem, eine Anzeige der aufgebrachten Federspannung vorzunehmen. Dazu werden erfindungsgemäß entsprechende Mittel, z. B. eine Kunststoffkappe vorgesehen, die einen bestimmten Federweg anzeigen, bei dem die Kappe auf ihrer Unterlage aufliegt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Weiche einer Eisenbahn aus Y-förmigen Stahlschwellen auf denen Spurplatten zur Schienenlagerung angeordnet sind, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
    • Herstellen der Y-förmigen Stahlschwellen aus Doppel-T-Trägern, die an ihren Enden in definiertem Abstand zueinander verschweißt sind und jeweils an zwei Enden einen Schienenstützpunkt bilden, in der ihrer Weichenposition entsprechenden vorgegebenen Länge,
    • Errechnung der Position der Schienenstützpunkte auf der Stahlschwelle relativ zur Weichenachse,
    • Ermittlung der Lage der Befestigungspunkte von Rippenplatten relativ zum Schienenstützpunkt bzw. zu einer Referenzachse auf jedem Träger,
    • Ansteuern der Befestigungspunkte mit einem Bolzenschweißgerät,
    • Befestigung von Schraubenbolzen von der Schwellenoberseite her durch Bolzenschweißen auf den T-Trägern in den Befestigungspunkten und gegebenenfalls
    • Montage der Spurplattern, Einbringen eines Korrosionsschutzmittels am Fuß des Schraubenbolzens und anschließende Montage der vorgefertigten Fahrwegbauteile auf den Schwellen eines der Transportlänge entsprechenden Abschnittes der Weiche, und ein

    Verfahren zur Herstellung einer Y-förmigen Stahlschwelle mit einer Befestigung für eine Spurplatte der eingangs beschriebenen Art, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
    • Herstellen der Y-förmigen Stahlschwellen aus Doppel-T-Trägern von denen je zwei mit ihren Enden einen gemeinsamen Schienenstützpunkt bilden durch Verschweißen der Untergurte und Obergurte benachbarter T-Träger, gegebenenfalls unter Einfügung von stabilen biegesteifen Abstandhaltern,
    • Ermittlung der Lage der Befestigungspunkte einer Spurplatte relativ zur Außenkante der Stahlschwellen,
    • Befestigung der Schraubenbolzen mittels Bolzenschweißung auf den zuvor ermittelten Befestigungspunkten und
    • gegebenenfalls Montage der Spurplatten und Einbrigen eines Korrosionsschutzmittels rund um die Schweißstelle der Schraubenbolzen.
  • Durch diese Verfahren läßt sich die Serienfertigung der Y-Stahlschwellen mit verlegefertig angebrachten Rippenplatten handelsüblicher Art ganz erheblich steigern, insbesondere, wenn dabei zur Bolzenschweißung eine Koordinaten-Schweißmaschine verwendet wird. Darunter wird eine Maschine verstanden, die - von Hand oder von Computern gesteuert - jede beliebige Koordinate auf einer Schwelle oder Weiche anfahren kann, relativ zu einem räumlich festen Bezugspunkt. Es ist nicht mehr erforderlich, die Schwelle in einer Weiche zur Montage lagegetreu auszurichten. Durch Ermittlung der Lagepunkte an Hand von Nomogrammen oder Rastermaßen läßt sich manuell oder durch computerisierte Berechnung und Steuerung der Schweißmaschinen der Befestigungspunkt der Schraubenbolzen ermitteln, und ein Bolzenschweißgerät kann zielgenau angesetzt werden. Demzufolge erübrigt sich die Zwischenmontage und anschließende Teil-Demontage zum Abtransport der Weiche. Ebenso wird dadurch ein Wenden der fertigen Weiche oder einzelnen Schwelle zum Fertigschweißen der Rückenseiten der Rippenspurplatten vermieden.
  • Weiterhin gibt es keine Fehlbohrungen in Schwellen mehr, die sofort ein Aussondern und/oder umständliches Reparaturschweißen der Schwelle - sofern überhaupt erlaubt - zur Folge hätten. Ein fehlgeschweißter Bolzen kann örtlich entfernt und nach Abschleifen der Schweißstelle durch einen anderen Bolzen am gleichen Ort oder in danebenliegender Sollposition ersetzt werden.
    Als Referenzpunkt für einen Bolzen kann ein Schwellenkopf oder Schwellenende verwendet werden, da die Stahlschwelle, anders als die Holzschwelle oder Betonschwelle, serienmäßig mit konstanten Maßen herstellbar ist.
    Im Idealfall können getrennt hergestellte Y-Stahlschwellen mit getrennt hergestellter Fahrbahn auf der Baustelle oder gegebenenfalls in einer Teilmontagewerkstatt zu einer Weiche verbunden werden. Die Schwelle kann dazu mit stabilen Abstandshaltern zwischen den Obergurten und Untergurten der Doppel-T-Träger vorgefertigt werden. Diese sind besonders an die Träger und ihre Belastung angepaßt, da die nach dem Stand der Technik aufgeschweißte Rippenplatte als Abstandshalter und als versteifendes Bauteil entfällt. Je nach Breite der Gurte bzw. Baubreite der verwendeten Träger bzw. deren Widerstands- oder Trägheitsmoment oder der Breite der Spurplatten können die Träger auch lückenlos an den Gurten verschweißt werden.
  • Die Schwellen können in Y-Form oder in Doppel-Y-Form, halber Y-Form oder in sogenannter Y-N-Form ausgebildet sein.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert werden.
    Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf eine Gleisanlage mit Weiche,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht einer Y-Stahlschwelle mit Schnitt durch einen Schienenstützpunkt und
    Fig. 3
    einen Schnitt durch eine weitere Ausführung eines Schienenstützpunktes.
  • Figur 1 zeigt eine Gleisanlage mit Schienen 11, 13, die in Spurweite S entlang der Gleisachse A liegen und von einem Gleis mit Y-N-Schwellen 1200 in eine Weiche, bestehend aus den Schwellen 1201 bis 1207, übergehen. Die Weiche weist zusätzliche Zungenschienen 14, 15 auf; sie hat einen Radius R von 1200 m. Die Schwelle 1200 besteht im Prinzip, ähnlich wie die anderen Schwellen, aus einem mittleren Doppel-T-Träger 2 zwei äußeren Doppel-T-Trägern 1 und dazwischenliegenden kurzen Doppel-T-Trägern 4. Je zwei Trägerenden 1, 2 bzw. 1, 4 bilden einen Schienenstützpunkt P3, der als Rippenplatte oder Stützpunkt P7, der als Gleitstuhl ausgebildet ist. Die Schwellen 1201 bis 1207 des Weichenabschnittes zwischen den Trennpunkten 8 sind mit Ausnahme der Schwelle 1202, die ein zusätzliches Element aus Trägern 2, 6 besitzt, ähnlich wie Schwelle 1200 ausgebildet, nur daß die Schienenstützpunkte unter Berücksichtigung der Zungenschienen 14, 15 und deren Verschiebeweg etwas unterschiedlich ausgebildet sind. Die Zungenschienen 14, 15 können durch Gestänge 10 zwischen den Anschlägen 9 verschoben werden. Mit Hilfe der Randbedingungen: Spurweite S, Gleisachse A, Weichenradius R und vorgegebenem Stützpunktabstand bei bekannten Y-Stahlschwellenabmessungen können ausgehend von der Referenzachse X die Lagen der Stützpunkte P3, P7, die z. B. in einem Computer errechnet werden und in einem Teilmontagewerk für den Weichenabschnitt 8-8 auf ein entsprechendes Koordinatenraster übertragen werden.
  • Am Beispiel der der Schwelle 1200 ähnlichen Schwelle 12 in Figur 2 soll die erfindungsgemäße Befestigung einer Rippenplatte (Spurplatte) 3, die zum Schienenstützpunkt P3 gehören könnte, erläutert werden.
    Figur 2 zeigt eine Befestigung wie sie für eine Y-Stahlschwellenweiche 12 auf fester Fahrbahn, z.B. Asphaltbettung oder Betonbettung vorgesehen ist. Die auf der linken Seite in Figur 2 dargestellte Befestigung 49 ist im Beispiel der Schwelle 1200 auf dem Doppel-T-Träger 2 gelegen, während die in der rechten Hälfte dargestellte, geschnittene Befestigung im Sinne der Schwelle 1200 auf dem Doppel-T-Träger 1 liegt. Die Hakenschrauben 17 mit Federn 18 zur Befestigung des Fußes 23 der Schiene 16 liegen mittig zwischen den Trägern 1, 2; sie sind in einer Ausnehmung der Rippe 25 der Rippenplatte 3 verankert. Zwischen der Schiene 16 und der Rippenplatte 3 ist eine Dämpfplatte 24 angeordnet. Die Rippen 25 der Rippenplatte 3 begrenzen das seitliche Auswandern des Schienenfußes 23. Zwischen der Rippenplatte und dem aus Obergurt 22, Untergurt 21 und Steg 5 bestehenden Doppel-T-Träger sind zwei Kunststoffplatten 19, 20 angeordnet. Diese simulieren eine gewollte Einsinktiefe einer Schwelle - also ein elastisches Verhalten - bei Belastung der Schiene 16 durch einen Zug. Mit Hilfe eines Bolzenschweißgerätes wurde ein Schraubbolzen 36 mit dem Schaft 27 unter Bildung eines Schweißwulstes 28 fest mit dem Obergurt 22 des Doppel-T-Trägers 1 verbunden. Die Schweißstelle ist bis etwa zur Dicke der Isolierplatte 20 innerhalb des Durchlasses 29 dieser Isolierplatte mit Korrosionsschutzmittel 26 ausgefüllt zur Abdeckung des Schweißwulstes 28. Den Schraubenschaft 27 umschließt mit etwas Spiel eine stramm in Loch 30 der Rippenplatte 3 eingepaßte Isolierbuchse 31, deren Kragen auf der Rippenplatte 3 aufliegt. Zwischen zwei Scheiben 32 ist ein Tellerfederpaket 34 angeordnet, das von einer Federkappe 33 umgeben ist. Oberhalb der Federkappe 33 ist eine weitere Scheibe auf dem Schraubbolzen 36 angeordnet, die durch eine selbstsichernde Mutter 35 derart ihre Kraft auf ein Federpaket 34 überträgt, bis die Federkappe 33 auf der Isolierbuchse 31 zur Anlage kommt. Damit wird ein voreinstellbarer Federweg von außen sichtbar erreicht. Aus Korrosionsschutzgründen ist der Schraubbolzen mit einer Kappe 37 versehen, die Schwitzwasseröffnungen 48 enthält.
  • Figur 3 zeigt eine Befestigung einer Rippenplatte ähnlich Figur 2, jedoch als Befestigung für eine Stahlschwelle in Schotterbettung. Auch hier gilt ähnlich Figur 2, daß die links dargestellte Befestigung 50 zu einem hinter dem Doppel-T-Träger 1 liegenden Doppel-T-Träger 2 gehört, während die in der rechten Darstellung geschnittene Befestigung zu dem Doppel-T-Träger 1 gehört.
    An der gleichen Numerierung der Teile ist deren Identität zu erkennen. Ein kurzer Schraubbolzen 39 ist auf dem Obergurt 22 des Doppel-T-Trägers 1 aufgeschweißt; rund um den Schweißpunkt in Durchlaß 46 einer Isolierplatte 44 ist ein Epoxyharz 45 als Korrosionsschutzmittel eingebracht worden. Der Schraubbolzen 39 ragt durch eine Isolierbuchse 43, die stramm in Loch 30 der Rippenplatte 3 eingesetzt ist. Zur Übertragung des Anzugs-Drehmomentes der Mutter 40 auf Schraubbolzen 39 sind Scheiben 41, 42 vorgesehen, die den Kragen der Isolierbuchse 43 fest auf die Rippenplatte 3 pressen. Der Schraubbolzen 39 ist aus Korrosionsschutzgründen mit einer Kappe 38, die Schwitzwasseröffnungen 47 aufweist, versehen.
  • Eine Rippenplattenbefestigung entsprechend der Situation in Figur 3 wurde einer Dauerfestigkeitsprüfung in einem Scherenhebel-Schwingversuch unterzogen. Die Schwelle bestand aus zwei im Stützpunktbereich der Schiene parallelliegenden breitflanschigen Doppel-T-Trägern mit einer Profilhöhe von 95 mm und einer Breite der Gurte von 140 mm, die in einem Abstand von 20 mm miteinander verschweißt waren. Zwischen den Ober- und Untergurten waren in einer Länge von 100 mm unterhalb des Bereiches der Rippenplatte die Abstandshalter zwischen den Ober- und Untergurten eingeschweißt worden. Mit Hilfe des Bolzenschweißverfahrens waren vier Schraubbolzen 39 für jede Rippenplatte mit dem Gewinde M22 auf den Obergurt 22 des Doppel-T-Trägers 1 angeschweißt. Über die Schraubbolzen 39 wurde zunächst eine Isolierplatte 44 und dann die Rippenplatte 3 geschoben. Die Isolierplatte war 8,5 mm dick und bestand aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisat (EVA). Zwischen Schraubbolzen 39 und Rippenplatten 3 war in Loch 30 eine Isolierbuchse aus Polyamid mit 30 %iger Glasfaserverstärkung angeordnet, die zum Schraubbolzen 1 mm Spiel hatte. Die Scheiben 41 waren als Federringe ausgebildet; sie preßten mit dem Anzugsdrehmoment von 250 Nm, das auf die Mutter ausgeübt wurde, die Isolierbuchse auf die Rippenplatte und damit auf die Oberseite der Schwelle. Als Schiene wurde der Typ UIC 60 getestet.
  • In dem Scherenhebel-Schwingversuch wurde eine intermittierende Kraft unter einem Winkel von 31° zur Vertikalen auf den Schienenkopf ausgeübt. Die sinusförmige pulsierende Kraft wurde mit einer Last von ca. 100 kN/Schienenauflager und einer variablen Frequenz zwischen 1 Hz und 5 Hz aufgebracht. Gleichzeitig wurde zur Simulation der Erwärmung des Oberbaus durch Einstrahlung und damit einer möglichen maßlichen Veränderung der Kunststoffteile eine Temperatur von 50° durch Anlegen einer Heizung simuliert. Unter der dargestellten Belastung, die der durch eine Schnellfahrlok der Bundesbahn aufgebrachten entspricht, die mit hoher Geschwindigkeit von 80 km/h oder mehr eine Gleisanlage mit einem Kurvenradius von etwa 300 m durchfährt.
  • Nach mehr als 3 Millionen Lastwechseln, entsprechend einer Betriebsbelastung von etwa 73 Millionen Leistungstonnen oder einem vier- bis fünfjährigen Betrieb mit täglich etwa 50.000 Leistungstonnen, konnte festgestellt werden, daß bei unerheblicher plastischer Verformung der Unterlegplatten die horizontale Verschiebung der Rippenplatten nach außen zwischen 0,21 und 0,25 mm betrug.
    Nach Ende der Dauerfestigkeitsprüfung wurden die Schweißnähte der Schraubbolzen einer Ultraschalluntersuchung unterzogen und festgestellt, daß die Schweißung unversehrt war.

Claims (6)

  1. Befestigung einer mit Löchern (30) versehenen Spurplatte (3, P3, P7) auf aus Doppel-T-Trägern (1, 2, 4, 6) bestehenden Y-förmigen Stahlschwellen (12, 1200, 1207) für eine Eisenbahn, umfassend Buchsen (31, 43), die in die Löcher (30) eingepaßt sind sowie Schraubenbolzen (36, 39), deren Schäfte mit Spiel durch Bohrungen in den Buchsen ragen und eine zwischen der Spurplatte und der Stahlschwelle angeordnete Isolierplatte (19, 20, 44) mit Durchlässen (29, 46) für die Schraubenbolzen und die Buchsen, die etwa der Größe der Löcher der Spurplatte entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (31, 43) als aus hartem Kunststoff bestehenden Isolierbuchsen ausgestaltet sind und daß die Schraubenbolzen (36, 39) aus von der Schwellenoberseite her durch Bolzenschweißung in exaktem Abstand zueinander auf den Doppel-T-Trägern aufgebrachten Schraubenbolzen bestehen.
  2. Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (29, 46) mit einem Korrosionsschutzmittel (26, 45) aufgefüllt sind.
  3. Befestigung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Feder (34) zwischen der Isolierbuchse (31) und einer Mutter (35) auf dem Schraubenbolzen (36) sowie eine die Feder umgebende, zur Festlegung der Federspannung dienende Hülse (33).
  4. Verfahren zur Herstellung einer Weiche einer Eisenbahn aus Y-förmigen Stahlschwellen auf denen Spurplatten zur Schienenlagerung angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    - Herstellen der Y-förmigen Stahlschwellen (12; 1201-1207) aus Doppel-T-Trägern (1, 2, 4, 6), die an ihren Enden in definiertem Abstand zueinander verschweißt sind und mit jeweils zwei Enden einen Schienenstützpunkt (P3, P7) bilden, in der ihrer Weichenposition entsprechenden vorgegebenen Länge,
    - Errechnung der Position der Schienenstützpunkte (P3, P7) auf der Stahlschwelle relativ zur Weichenachse (A),
    - Ermittlung der Lage der Befestigungspunkte von Spurplatten (3) relativ zum Schienenstützpunkt (P3, P7) bzw. zu einer Referenzachse (A, X) auf jedem Träger,
    - Ansteuern der Befestigungspunkte mit einem Bolzenschweißgerät,
    - Befestigung von Schraubenbolzen (36, 39) von der Schwellenoberseite her durch Bolzenschweißen auf den T-Trägern in den Befestigungspunkten und gegebenenfalls
    - Montage der Spurplatten (3), Einbringen eines Korrosionsschutzmittels (26, 45) am Fuß der Schraubenbolzen (36, 39) und anschließende Montage der vorgefertigten Fahrwegbauteile (11, 13, 14, 15) auf den Schwellen eines der Transportlänge entsprechenden Abschnittes (8-8) der Weiche.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Koordinaten-Schweißmaschine für die Befestigung der Schraubbolzen (36, 39) auf den Stahlschwellen (12; 1201-1207).
  6. Verfahren zur Herstellung einer Y-förmigen Stahlschwelle mit einer Befestigung für eine Spurplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    - Herstellen der Y-förmigen Stahlschwellen (12; 1200-1207) aus Doppel-T-Trägern (1, 2, 4, 6) von denen je zwei mit ihren Enden einen gemeinsamen Schienenstützpunkt (P3, P7) bilden durch Verschweißen der Untergurte (21) und Obergurte (22) benachbarter T-Träger miteinander, gegebenenfalls unter Einfügung von stabilen biegesteifen Abstandshaltern,
    - Ermittlung der Lage der Befestigungspunkte einer Spurplatte (3) relativ zur Außenkante der Stahlschwellen,
    - Befestigung der Schraubbolzen (36, 39) mittels Bolzenschweißung auf den zuvor ermittelten Befestigungspunkten und gegebenenfalls
    - Montage der Spurplatten (3) und Einbringen eines Korrosionsschutzmittels (26, 45) rund um die Schweißstelle (28) der Schraubbolzen (36, 39).
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