EP0495268B1

EP0495268B1 - Eisenbahnoberbau und Betonschwelle

Info

Publication number: EP0495268B1
Application number: EP91250323A
Authority: EP
Inventors: Günter Fasterding; Jürgen Frenzel
Original assignee: Preussag Stahl AG
Current assignee: Preussag Stahl AG
Priority date: 1990-12-15
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: EP0495268A1; DK0495268T3; DE4040785A1; ATE119597T1; ES2069196T3; DE59104886D1; DE4040785C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Eisenbahnoberbau und eine Betonschwelle gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.
Es ist ein Eisenbahnoberbau mit Betonquerschwellen als Schienenträger für Schotterbetten oder auch auf festem Beton- oder Asphaltuntergrund bekannt, die je Schwellenende zwei Auflager tragen (DE-Al-36 19 417). Diese Doppelauflager mindern die Schienendurchbiegung und reduzieren die Torsion und damit die bekannte Pumpwirkung der Schwellen in Schotterbetten. Die gleiche Veröffentlichung Zeigt auch Y-Schwellen dieser Bauart bei denen bei gegebenem Nominalabstand der Auflagerpunkte der Schienen (Schwellenteilung) eine noch bessere Lastverteilung erreicht wird und zudem die Betriebsbelastung durch größere Torsionssteifigkeit verringert wird. Derartige Y-Schwellen oder X-Schwellen in Beton mit Einzelauflagern an jedem Schwellendende sind auch bereits mit der DE-Al-28 02 145 veröffentlicht worden. In der Praxis hat es mit derartigen mehrendigen Schwellen Montageprobleme deshalb gegeben, weil die Stückgewichte erheblich größer als bei standardisierten Querschwellen sind.
Zur besseren Lastverteilung wurde auch schon in der FR-PS 434 048 vorgeschlagen, einfache stabförmige Querschwellen aus armiertem Beton derart schräg zu den Schienen anzuordnen, daß die Achslast der Fahrzeuge auf zwei Schwellenauflager verteilt wird, die Schwellen sich in Schienenlängsrichtung also zu etwa 50 Prozent überlappen. Die bei heute gebräuchlichen Werkstoffen unnötige Lastverteilung erhöhen die Schwellenlänge um mehr als 1/10 ohne wesentlichen Effekt.
Zur angeblichen Erhöhung des Querverschiebewiderstandes sollten Winkelschwellen (DE-OS 24 01 329) dienen. Dabei wurde übersehen, daß der wesentliche Verschiebewiderstand durch Schotter vor den Kopfflächen der Schwellen erzeugt wird.
Es wurde ebenfalls schon vorgeschlagen, durch Verwendung sogenannter "Ohrenschwellen" die Zahl der Schwellen zu reduzieren bzw. die Zahl der Schienen-Auflager zu erhöhen (CH-C-40 591). Die seitlich der Schwellenachse sich erstreckenden Betonteile dieser Schwellen brachen aufgrund der Belastung durch die Schienenfahrzeuge in der Praxis jedoch häufig trotz Bewehrung
Außerdem ist aus der US-PS-1,711,186 bekannt, unsymmetrische gekröpfte Schwellen in Doppel-T-Form aus Stahl zickzackförmig zu koppeln, um ein sehr steifes Gleisgefüge zu erhalten.
Aufgrund ihrer Form sind diese Schwellen nur als Kombielemente verwendbar und haben den Nachteil, daß sie sehr exakt gefertigt sein müssen, um eine Schienenlagerung zu ermöglichen. Dies ist insbesondere in Kurvenbereichen und bei Gleisüberhöhungen derart schwierig, daß sie den Geländeverhältnissen angepaßt gefertigt werden müssen und nicht einfach austauschbar sind.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannten Eisenbahnoberbausysteme zu optimieren hinsichtlich Biegebelastung der Schienen, Auflagelastverteilung und Verbesserung der Montagemöglichkeiten bei universellem Einsatz der Bauelemente.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Y-Schwellen prinzipiell bezüglich ihrer Verlegbarkeit und Betriebsbelastbarkeit für den Eisenbahnoberbau sowohl in Schotterbettung als auch auf festem Grund geeignet wären. Unter Beibehaltung des Systems von in Schienenlängsrichtung versetzten Auflagern auf den Schwellenenden wurde ein Mittelweg zwischen üblichen Betonquerschwellen und Y-Schwellen in Beton gefunden, indem die Betonschwellenachse praktisch schräg zum Fahrweg gelegt wurde. Die Auflagerbereiche wurden dabei so gewählt, daß der bei Y-Schwellen bekannt hohe Querverschiebewiderstand der Gleisanlage beibehalten wird. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, daß die versetzten Auflagerbereiche einer Schwelle insgesamt eine große Kopffläche aufweisen. Die zur Gleismitte hin gerichteten, wirksamen Kopfflächen ermöglichen es zudem, die Schottermengen, die für einen großen Verschiebewiderstand erforderlich sind, vor den Schwellenenden erheblich zu verringern. Dadurch wird der gesamte Fahrweg schmaler und billiger. Die Auflagerbereiche können um ein Drittel oder mehr einer Schwellenteilung zueinander versetzt sein. Im optimalen Fall sind die Schwellen, gemessen in Schienenlängsrichtung, so breit, daß sie eine ganze Schwellenteilung ausfüllen. Praktisch steht somit die gesamte seitliche Projektionsfläche einer Schwelle als Widerstandsfläche gegen Querverschiebung zur Verfügung.
Ein derartiger Eisenbahnoberbau mit gleichförmigen Betonschwellen in Schräglage läßt sich praktisch nicht mehr quer verschieben, da die von einer Fahrzeugachse ausgehende Betriebslast, beispielsweise als Fliehkraft in Kurvenüberhöhungen, unter einem Winkel zur Schwellenachse wirkt und damit die resultierenden Querverschiebekräfte mindert.
Die Betonschwelle ist universell einsetzbar, da sie stets baugleich mit benachbarten Schwellen ist. Sie ist zwar nicht achsensymmetrisch, aber relativ zum Flächenschwerpunkt der Schwelle punktsymmetrisch. In Verbindung mit der bewährten Doppelauflagertechnik und dem relativ breiten Auflagerbereich der Schwelle ergibt sich ein steifes Gleissystem, dessen Einzelelemente aber nicht so schwer sind, daß sie nicht montagetechnisch relativ einfach bewältigt werden können.
Ein nachträgliches Korrigieren der Schienenlage, ein Stopfen der Schwellen, ein Austauschen der Schwellen oder ähnliche Arbeiten lassen sich ebenso problemlos ausführen, wie bei herkömmlichen Betonquerschwellen.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Betonschwellenform aus geometrisch regelmäßigen Sektionen zusammengesetzt. Dabei ist das Mittelteil der Schwelle, die Verbindung zwischen den beiden Auflagerbereichen, auf das aus Biegebelastung und Torsion rechnerisch mögliche Mindestmaß hin dimensioniert worden. Damit wird der Forderung nach möglichst breiten Auflagerbereichen unter den Schienen und möglichst geringen Gewichten der Betonschwellen Rechnung getragen. Durch Verwendung geeigneter Materialien wie z. B. Polymerbeton, Kompositionen aus Beton mit torsionsversteifenden Mitteln wie GFK-Fasern und unter Verwendung von kolloidalem Zement läßt sich die Elementsteifigkeit erhöhen und weiteres Gewicht einsparen.
Anhand schematischer Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1: eine Draufsicht auf eine Gleisanlage mit vier erfindungsgemäßen Betonschwellen,
Figur 2: eine zweite Ausführungsform mit zwei erfindungsgemäßen Betonschwellen,
Figur 3: eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betonschwelle.

In Fig. 1 sind zwei Schienen 1, 2 auf vier Schwellen 3 eines Eisenbahnoberbaus gelagert. Die Schwellen 3 weisen trapezförmige Auflagerbereiche 4, 6 auf, die punktsymmetrisch zum Flächenschwerpunkt M der Schwelle auf dem schmaleren Mittelteil 5 ausgebildet sind. Jedem Auflagerbereich 4, 6 ist ein Doppelauflager 8, 9 für die Lagerung der Schienen 1, 2 zugeordnet. Der Schienenfuß ist durch mittig zwischen den Doppelauflagern 8, 9 angeordnete Befestigungselemente 10 in bewährter Spannung fixiert. Bei den dargestellten Schwellenformen sind die Schienenbefestigungen um ein Halb mal Schwellenteilung (T/2) in Schienenlängsrichtung versetzt. Die Gesamtbreite der Schwelle 3 entspricht der Schwellenteilung T. Für die Berechnung der Lastverteilung im Eisenbahnoberbau ist das Verhältnis der Auflage-Längen L1, L2 zur Gesamtlänge L der Schwelle wichtig. Durch die schräge Achslage der Schwelle erhöht sich auch die wirksame Schwellenlänge. Die trapezförmige Ausbildung der Auflagerbereiche unterstützt die Forderung nach möglichst geringer Flächenbelastung durch die Betriebsbelastung der Gleisanlage.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf zwei in der Gleisanlage liegende erfindungsgemäße Betonquerschwellen 12 bei denen speziell die Auflagerbereiche 11, 13 beidseits des Mittelteiles 14 unter den Schienen 1, 2 extrem breit ausgebildet sind. Auch hierbei entspricht die Schwellenteilung T der rechnerischen Gesamtbreite der Schwelle 12.
Eine ähnliche günstige Breite der Auflager 16, 17 für die Schienen 1, 2 läßt sich erreichen, wenn gemäß Fig. 3 die Schwelle 18 aus einzelnen sich teils überlappenden quader- oder pyramidenstumpfförmigen Segmenten mit integriertem Mittelteil 15 zusammengesetzt wird.

Claims

Eisenbahnoberbau aus einzeln angeordneten, sich nicht überlappenden Betonschwellen, die an ihren beiden Enden je einen Auflagerbereich zur Schienenlagerung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerbereiche (4, 6; 11, 13; 16, 17) einer Betonschwelle (3, 12, 18) in Schienenlängsrichtung zueinander versetzt sind und zur Gleismitte gerichtete Kopfflächen aufweisen, wobei die Auflagerbereiche (4, 6; 11, 13; 16, 17) durch ein schmaleres Mittelteil (5, 14, 15) unsymmetrisch zur Gleismitte und zum Flächenschwerpunkt (M) der Schwelle symmetrisch verbunden sind.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerbereiche um jeweils ein Drittel bis zur Hälfte einer Schwellenteilung (T) versetzt sind.
Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schienenlängsrichtung gemessene Gesamtbreite der Betonschwellen (3, 12, 18) etwa der Schwellenteilung (T) entspricht.
Betonschwelle, insbesondere für einen Eisenbahnoberbau nach den Ansprüchen 1 bis 3, in gegen Torsion- und Biegebruch widerstandsfähiger Bauweise mit je einem Auflagerbereich an beiden Enden für die Schienen einer Gleisanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerbereiche (4, 6;11, 13; 16, 17) durch ein schmaleres Mittelteil (5, 14, 15) unsymmetrisch zur Gleisachse und zum Flächenschwerpunkt (M) der Schwelle symmetrisch verbunden sind.
Betonschwelle nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Auflager (8, 9) je Auflagerbereich mit zwischen den Auflagern angeordneter Befestigung (10) für die Schiene (1, 2).
Betonschwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerbereiche (4, 6) trapezförmig ausgebildet sind.
Betonschwelle nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Form (18) versetzt aneinandergereihter Quader oder Pyramidenstümpfe aufweist.