EP0549559B1 - Oberbau mit Betonschwellen - Google Patents

Oberbau mit Betonschwellen Download PDF

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EP0549559B1
EP0549559B1 EP19920890256 EP92890256A EP0549559B1 EP 0549559 B1 EP0549559 B1 EP 0549559B1 EP 19920890256 EP19920890256 EP 19920890256 EP 92890256 A EP92890256 A EP 92890256A EP 0549559 B1 EP0549559 B1 EP 0549559B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
intermediate layer
way according
permanent way
concrete sleepers
sleepers
Prior art date
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EP19920890256
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English (en)
French (fr)
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EP0549559A1 (de
Inventor
Heinrich Salzmann
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Allgemeine Baugesellschaft A Porr AG
Original Assignee
Allgemeine Baugesellschaft A Porr AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Allgemeine Baugesellschaft A Porr AG filed Critical Allgemeine Baugesellschaft A Porr AG
Publication of EP0549559A1 publication Critical patent/EP0549559A1/de
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Publication of EP0549559B1 publication Critical patent/EP0549559B1/de
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/008—Drainage of track
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/001—Track with ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/002—Ballastless track, e.g. concrete slab trackway, or with asphalt layers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2204/00—Characteristics of the track and its foundations
    • E01B2204/01—Elastic layers other than rail-pads, e.g. sleeper-shoes, bituconcrete
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2204/00—Characteristics of the track and its foundations
    • E01B2204/03—Injecting, mixing or spraying additives into or onto ballast or underground

Definitions

  • the invention relates to a superstructure with concrete sleepers for rail traffic.
  • sleepers made of steel have also become known, in order to avoid permanent deformation of the same, which are used with relatively high wall thicknesses.
  • these thresholds do not have the desired damping characteristics like wooden sleepers, and only small forces, e.g. B. against the lateral and longitudinal displacement, are applied to the ballast bed.
  • sleepers of this type In order to achieve a better introduction of the forces into the ballast bed, it has already become known to use sleepers of this type with projections, claws and the like. Like. Provided so that the contact in the ballast bed is better.
  • sleepers consists of plastic, in particular polyurethane, these sleepers essentially in the form of wooden sleepers have u. because of the material, mostly foamed polyurethane cross-linked in three spatial directions, has a relatively high strength. However, there are large differences in strength between the homogeneous skin, which is on the outside of the threshold, and the inside, which has a porous structure. The damping can be created by different polyurethane materials in the desired value. In addition to the high costs for such sleepers, the disposal of the thermosetting plastic is also particularly difficult here.
  • the highly toxic hydrocyanic acid can arise, for example, under unfavorable conditions, so that here too the question of disposal of sleepers which have become unusable can only be solved in a complex manner.
  • sleepers of polyurethane foam are used in a ballastless superstructure, the sleepers resting on rubber shoes in corresponding recesses in the sub-concrete.
  • Concrete sleepers in particular prestressed concrete sleepers, have a particularly high mechanical stability. In order to make the concrete sleepers even more mechanically stable, they can be prestressed. Such a prestress is applied via reinforcement, in particular steel reinforcement, so that compressive stresses are applied to the threshold, which must be compensated for when tensile stresses occur, in order to then apply the remaining tensile forces to the concrete sleeper.
  • Such concrete sleepers can be used in a superstructure made of ballast or ballastless superstructure. The advantages of a superstructure with ballast are that on the one hand the suspension characteristics, i.e.
  • Such concrete sleepers can also be used in a ballast-free superstructure, although a layer must then usually be provided between the underlay concrete and the concrete sleeper, which enables both the dynamic driving behavior of the entire superstructure and the transmission of structure-borne noise from the wheel to the Should dampen the rail, from the rail to the threshold, and from this to the superstructure, as possible.
  • a shock absorbing element which consists of two elastomeric materials differing in density, that is, for. B. compact rubber and flexible foam, which are connected with a binder.
  • the compact rubber can be produced, for example, by shredding old tires, treads or the like.
  • Polyurethane can be used as a binder.
  • One embodiment has a shock-absorbing element lying on the ground on which the ballast bed rests, which in turn bears a wooden sleeper, which can be easily recognized by the grain.
  • DE-A-40 13 357 describes an intermediate layer which is arranged between the rail and the threshold. Such intermediate layers differ significantly from intermediate layers on which concrete sleepers rest, both in terms of their construction and in terms of mechanical stress.
  • DE-A-28 21 111 relates to a tunnel or the like, which has plates or webs of waste rubber chips bound with plastic. These plates or tracks are intended to remedy mountain subsidence and earthquakes.
  • a disadvantage of such an intermediate layer is that on the one hand the forcibly provided grooves of mineral dusts be laid so that the desired suspension characteristic changes within a very short time and that with the required relatively thin-walled design, especially in contact with the ballast bed, only an extremely short service life can be achieved, which requires a smaller wall thickness due to the grooves, at which points is shortened even further.
  • the present invention has set itself the goal of creating a superstructure with concrete sleepers, which has a long service life, which allows less radiation of airborne and structure-borne noise. Furthermore, a dynamic suspension characteristic is to be achieved, which ensures a certain minimum or maximum deflection even with different loads on the tracks.
  • the superstructure according to the invention with concrete sleepers for rail traffic the concrete sleepers with at least two rails - z. B. on rail nails, base plates and rubber-elastic inserts - are releasably connected and the concrete sleepers on at least one rubber-elastic intermediate layer on the base, z. B. ballast bed, sub-concrete, rock, consists essentially in the fact that the intermediate layer, on which the sleepers rest, preferably entirely, middle and / or immediately, is made of a composite material, which with parts of tires, for passenger cars and / or trucks is built, the fabric reinforcement, in particular made of steel, for. B. steel cord, steel mesh, and are connected with a rubber-elastic binder.
  • Concrete sleepers have the advantage that they have a long service life, the receptacles for screws as required for the releasable fastening of rails are particularly resistant can be formed by appropriate deposits in the threshold. If desired, the concrete sleepers can also be preloaded so that they are not only resistant to compressive stress but also to tensile stress. If the sleepers lie, in particular entirely, on an intermediate layer which is formed from lumpy material, the spring property of this intermediate layer is less caused by the binding agent between the individual pieces than by mutual wedging, so that the rubber-elastic binding agent does less the task has to absorb forces as to ensure a minimum dimensional stability of the intermediate layer.
  • pieces of tires whether for passenger cars, trucks or equivalent, but in the amount of minor importance of single-track motor vehicles, are used, which in particular have a steel reinforcement, thereby reinforcing the rubber-elastic material on the one hand, while at the same time Mutual clawing or supporting one another in the individual pieces is particularly well ensured by the steel cord threads or the like penetrating into the neighboring piece.
  • the reinforcement as such brings an increased resistance from a certain degree of deformation.
  • Another advantage is that a waste product obtained in large quantities can be used in a manner equivalent to its properties.
  • the intermediate layer additionally contains rubber granules with a grain size of 2.0 mm to 30.0 mm, in particular 5.0 mm to 12.0 mm, then both the size of the materials used for the construction of the intermediate layer and, if appropriate, the hardness, a particularly easy one Variation are carried out, which allow, for example, an adaptation of the route to the different requirements, be it in the high-speed range or in the range of changes, particularly easily.
  • the binding agent for the intermediate layer is not foamed, a particularly good non-positive bond between the individual sections of the tire and the rubber granulate can be achieved, with a particularly good permeability for surface water.
  • the binding agent for the intermediate layer is foamed, a desired particularly poor conduction of the sound can be achieved due to the different sound densities of the materials.
  • the sections of the tires are irregularly shaped, a particularly advantageous mutual support of the tire sections occurs, similar to a ballast bed, whereby the desired dynamic suspension characteristics can be obtained in a particularly simple manner.
  • the sections of the tires for the intermediate layer have a grain size between 50 mm and 100 mm, then there is an optimization between the properties of the intermediate layer and the tire sizes usually available and thus maximum grain sizes.
  • a particularly advantageous mutual support and service life of the intermediate layer is given when the thickness of the intermediate layer is approximately half to three times the largest grain size of the sections of the tires.
  • the concrete sleepers rest on a liquid-permeable fleece, in particular made of plastic fibers, e.g. B. from polypropylene, on an intermediate layer, on the one hand, a derivation of surface water can be carried out, on the other hand, a forwarding of mineral and organic particles is avoided.
  • a liquid-permeable fleece in particular made of plastic fibers, e.g. B. from polypropylene
  • a derivation of surface water can be carried out, on the other hand, a forwarding of mineral and organic particles is avoided.
  • This is not only important for the durability of ballast beds, but also for underground concrete.
  • Synthetic fiber nonwovens made of polypropylene are characterized by their special chemical and mechanical stability.
  • the asphalt bed preferably having an upwardly extending continuous wall on both sides of the ends of the sleepers, then there is a receptacle for both the intermediate layer and the sleepers created, while at the same time a forwarding of structure-borne noise is reduced due to the insulating properties of asphalt.
  • the asphalt bed has a thickness of 0.2 to 1.0 times that of the sleepers, then a particularly favorable adjustment of the force absorption and low Transmission of the sound guaranteed.
  • the wall of the asphalt bed has interruptions, which preferably extend to the support surface of the intermediate layer, for the drainage of surface water, then the surface water can not only be drained vertically downwards, so that the asphalt bed is porous, but also laterally.
  • Such lateral drainage of a track superstructure is particularly important during periods of frost, when the through-channels and pores in the subsurface are closed by frozen water.
  • both the intermediate layer and the side and end faces of the concrete sleepers are at least partially surrounded by gravel, this provides a particularly favorable support for the concrete sleepers to one another, and the radiation of airborne noise can also be kept particularly low.
  • each concrete sleeper is assigned its own intermediate layer, whereby gravel is preferably arranged between the sleepers and the intermediate layers, material placement can be saved if the concrete sleepers are positioned exactly on the subsurface, as is the case, for example, with a rocky subsoil, particularly leveled ballast bed or even concrete subsoil be carried out, in addition, a discharge of surface water is also particularly easy.
  • the arranged ballast also minimizes airborne noise emissions here in a simple and effective manner.
  • a concrete sleeper carries two such releasable fastenings for rails, whereby the concrete sleeper itself can usually be prestressed via steel inserts (not shown).
  • FIG. 2 an intermediate layer is shown in section.
  • the sections 10 made of car tires have a maximum extension of 95 mm.
  • the binder 11 surrounds the sections of the tire on their surface, so that in addition to the mutual stiffening and clawing through the steel inserts of the tire sections, the same binds to one another via the binder.
  • An elastic polyurethane made from a prepolymer Desmodur E 41 with hardener O Z from Bayer AG is used as the binder.
  • An intermediate layer according to Fig. 2 is obtained as follows.
  • 100 kg of tire pieces with a grain size of 50 mm to 100 mm are mixed with 10 kg of the rubber-elastic binder mentioned above. This mixture is then placed in a plate press and made to harden. Such a mixture has a weight of 700 kg per m 3 . Intermediate layers with a density of 600 kg to 1,300 kg per m 3 are particularly suitable, the density by 1,000 kg per m 3 being a preferred size.
  • the tire pieces are obtained in such a way that for the time being the beads, that is, those circular steel inserts, which one Allow the tire to fit exactly on the rim, be removed, after which the tires are cut into quarters. These quarters come into a shredder. If an increase in the density is desired and a consequent change in the spring characteristic, either more binders, e.g. B. also in foamed form and also in addition to the tire pieces other rubber particles, in particular with a grain size between 5.0 mm to 12.0 mm, as they occur, for example, in the manufacture of carcasses for retreaded tires.
  • binders e.g. B. also in foamed form and also in addition to the tire pieces other rubber particles, in particular with a grain size between 5.0 mm to 12.0 mm, as they occur, for example, in the manufacture of carcasses for retreaded tires.
  • a rubber-elastic binder is a cycloaliphatic elastically modified epoxy resin based on bisphenol A.
  • the superstructure shown in FIGS. 3 and 4 has a ballast bed 12 on which an asphalt bed 13 rests.
  • This asphalt bed 13 has walls 14 which are guided along the end faces of the concrete sleepers 1.
  • the walls serve as a kind of support surfaces and are also covered by the ballast of the ballast bed 12.
  • interruptions 15 are provided in the walls, which extend to the bearing surface 16 of the intermediate layer 17.
  • the intermediate layer can either have a continuous assignment, as shown in broken lines in FIG. 4 or, as shown in broken lines in FIG. 4 and FIG. 5, to a concrete sleeper 1.
  • the thickness d 1 of the asphalt bed is 9 cm
  • the thickness d 2 of the intermediate layer is 7 cm
  • the thickness d 3 of the concrete sleeper 1 is 26 cm.
  • the side surfaces 18 and end surfaces 19 are the concrete swell 1 covered by gravel 20.
  • the effect of this ballast is that the spacing between the concrete sleepers and the intermediate layer can be maintained particularly easily, and at the same time the emission of sound can be reduced particularly effectively.
  • a large number of the concrete sleepers can also rest on gravel on the intermediate layer, which in turn rests on another ballast bed.
  • FIG. 6 The diagram shown in Fig. 6 for the spring characteristic of an intermediate layer of the superstructure according to Fig. 2 shows that even with lower loads on the superstructure there is deflection, so that the superstructure does not behave like a rigid body, for example, even when the wagons are unloaded deflects. At higher loads, there is then a greater deflection, with the relative compression decreasing.
  • a fleece for example made of polypropylene fibers, can also be arranged instead of the asphalt bed.
  • a fleece for example made of polypropylene fibers, can also be arranged instead of the asphalt bed.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Oberbau mit Betonschwellen für den schienengebundenen Verkehr.
  • Der klassische Oberbau bei Eisenbahnstrecken mit einem Schotterbett, Eichenholzschwellen und daran lösbar befestigten Schienen wird immer mehr durch andere Formen ersetzt. Die Ursachen hiefür sind vielfältig. So sind einerseits die Ressourcen für die Eichenholzschwellen im Rückgang begriffen, wobei anderseits, um die Schwellen besonders lange haltbar und gegen mikrobiologischen Anfall beständig zu machen, diese mit entsprechenden Substanzen imprägniert werden, womit Schwellen, die nicht mehr im Bahnoberbau eingesetzt werden können, einer eigenen Entsorgung zugeführt werden müssen.
  • Anstelle von Holzschwellen sind auch Schwellen aus Stahl bekanntgeworden, wobei um dauerhafte Verformungen derselben zu vermeiden, welche mit relativ hohen Wandstärken eingesetzt werden. Diese Schwellen weisen jedoch nicht die erwünschte Dämpfungscharakteristik wie Holzschwellen auf, und es können auch nur geringe Kräfte, z. B. gegen den Seiten- und Längsverschub, auf das Schotterbett aufgebracht werden. Um eine bessere Einleitung der Kräfte in das Schotterbett zu erreichen, ist es bereits bekannt geworden, derartige Schwellen mit Vorsprüngen, Krallen u. dgl. zu versehen, damit der Kontakt in das Schotterbett besser ist.
  • Eine weitere Ausführungsform von Schwellen besteht aus Kunststoff, insbesondere Polyurethan, wobei diese Schwellen im wesentlichen die Form von Holzschwellen aufweisen u. zw. auf Grund des Materials, meist geschäumtes, in drei räumlichen Richtungen vernetztes Polyurethan, eine relativ hohe Festigkeit besitzt. Allerdings sind große Festigkeitsunterschiede zwischen der homogenen Haut, die außen an der Schwelle ist und dem Inneren, welches eine poröse Struktur aufweist, vorhanden. Die Dämpfung kann durch unterschiedliche Polyurethanmaterialien in dem erwünschten Wert erstellt werden. Neben der hohen Kosten für derartige Schwellen ist auch hier die Entsorgung des duroplastischen Kunststoffes mit besonderen Schwierigkeiten behaftet. Bei der Verbrennung von Polyurethanen kann beispielsweise bei ungünstigen Bedingungen die hochgiftige Blausäure entstehen, so daß auch hier die Entsorgungsfrage von unbrauchbar gewordenen Schwellen nur aufwendig gelöst werden kann. Derartige Schwellen von Polyurethanschaum werden in einem schotterlosen Oberbau eingesetzt, wobei die Schwellen über Schuhe aus Gummi in entsprechenden Ausnehmungen im Unterbeton aufliegen.
  • Betonschwellen, insbesondere vorgespannte Betonschwellen weisen eine besonders hohe mechanische Stabilität auf. Um die Betonschwellen noch mechanisch stabiler auszugestalten, können dieselben vorgespannt sein. Eine derartige Vorspannung wird über eine Bewehrung, insbesondere Stahlbewehrung, aufgebracht, so daß auf die Schwelle Druckspannungen aufgebracht werden, die bei Auftreten von Zugspannungen vorerst kompensiert werden müssen, um sodann die restlichen Zugkräfte auf die Betonschwelle aufzubringen. Derartige Betonschwellen können in einem Oberbau aus Schotter oder auch schotterlosem Oberbau eingesetzt werden. Die Vorteile von einem Oberbau mit Schotter liegen darin, daß einerseits die Federungscharakteristik, also das Einfedern der Schiene bei Belastung vom Schotterbett mitgetragen wird, wohingegen gerade dieses Einfedern bei Zügen mit höheren Geschwindigkeiten, und die kinetische Energie steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, zu einer vorzeitigen Zerstörung des Schotterbettes führt, so daß ein regelmäßiges Nachstopfen erforderlich ist.
  • Derartige Betonschwellen können auch bei einem schotterlosen Oberbau eingesetzt werden, wobei allerdings dann in der Regel zwischen dem Unterlagsbeton und der Betonschwelle eine Schichte vorgesehen sein muß, die sowohl das fahrdynamische Verhalten des gesamten Oberbaues ermöglicht und zusätzlich die Weiterleitung des Körperschalles, der vom Rad auf die Schiene, von der Schiene auf die Schwelle, und von dieser auf den Oberbau übertragen wird, möglichst dämpfen soll.
  • Aus der DE-PS 808 711 wird ein Verfahren zur Erhöhung des Reibungswiderstandes zwischen Stahlbetonschwellen und Bettung bekannt, wobei eine Zwischenschichte aus Bitumen, Asphaltmatrix od. dgl. vorgesehen ist.
  • In der AT-A-356,162 wird ein Stoßdämpfungselement beschrieben, welches aus zwei hinsichtlich der Dichte unterschiedlichen elastomeren Materialien, also z. B. kompakter Gummi und flexibler Schaum, besteht, die mit einem Bindemittel verbunden sind. Der kompakte Gummi kann beispielsweise durch Zerkleinerung von Altreifen, Laufflächen od. dgl. hergestellt sein. Als Bindmittel kann Polyurethan verwendet werden. Eine Ausführungsform weist ein am Untergrund aufliegendes Stoßdämpfungselement auf, auf dem das Schotterbett ruht, welches seinerseits, an der Maserung leicht erkennbar, eine Holzschwelle trägt.
  • In der DE-A-40 13 357 wird eine Zwischenlage, die zwischen Schiene und Schwelle angeordnet ist, beschrieben. Derartige Zwischenlagen unterscheiden sich wesentlich von Zwischenschichten, auf welchen Betonschwellen aufliegen, sowohl in der konstruktiven Ausbildung als auch in der mechanischen Beanspruchung.
  • Die DE-A-28 21 111 bezieht sich auf einen Tunnel od. dgl., welcher Platten oder Bahnen aus mit Kunststoff gebundenen Altgummischnitzeln aufweist. Diese Platten oder Bahnen sollen bei Bergsenkungen und Erdbeben Abhilfe schaffen.
  • Aus der US-PS 4,609,144, von welchem Stand der Technik die vorliegende Erfindung ausgeht, ist ein Gleisoberbau mit einem Schotterbett oder Betonbett bekannt, in welchem Schwellen über gummielastische Zwischenlagen eingebettet sind. Diese Zwischenlagen sind mit Rillen ausgestattet, damit einerseits eine Ableitung von Oberflächenwässern erfolgen kan, und andererseits eine bestimmte Federungscharakteristik erreicht wird. Diese Zwischenschichte aus homogenem oder geschäumtem elastomeren Material kann auch mehrschichtig aufgebaut sein. Nachteilig bei einer derartigen Zwischenschichte ist, daß einerseits die zwangsweise vorgesehenen Rillen von mineralischen Stäuben verlegt werden, so daß die erwünschte Federungscharakteristik sich innerhalb kürzester Zeit ändert und daß bei der erforderlichen relativ dünnwandigen Ausbildung, insbesondere im Kontakt mit dem Schotterbett, nur eine überaus kurze Standzeit erreicht werden kann, die durch die Rillen, an welchen Stellen eine geringere Wandstärke bedingt ist, noch weiter verkürzt wird.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen Oberbau mit Betonschwellen zu schaffen, welcher hohe Standzeiten aufweist, der eine geringere Abstrahlung von Luft- als auch Körperschall erlaubt. Weiters soll eine dynamische Federungscharakteristik erreicht werden, die selbst bei unterschiedlichen Belastungen der Gleise eine bestimmte Minimal- bzw. Maximaleinfederung sicherstellt.
  • Der erfindungsgemäße Oberbau mit Betonschwellen für den schienengebundenen Verkehr, wobei die Betonschwellen mit zumindest zwei Schienen - z. B. über Schienennägel, Unterlagsplatten und gummielastischen Beilagen - lösbar verbunden sind und die Betonschwellen über zumindest eine gummielastische Zwischenlage auf dem Unterbau, z. B. Schotterbett, Unterbeton, Fels, aufruhen, besteht im wesentlichen darin, daß die Zwischenschichte, auf welcher die Schwellen, vorzugsweise zur Gänze, mittel- und/oder unmittelbar aufliegen, aus einem Verbundmaterial aufgebaut ist, welches mit Teilstücken aus Reifen, für Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen aufgebaut ist, die eine Gewebeverstärkung, insbesondere aus Stahl, z. B. Stahlcord, Stahlgewebe, aufweisen und mit einem gummielastischen Bindemittel verbunden sind. Betonschwellen weisen den Vorteil auf, daß sie eine hohe Lebensdauer besitzen, wobei die Aufnahmen für Schrauben, wie sie zur lösbaren Befestigung von Schienen erforderlich sind, besonders widerstandsfähig durch entsprechende Einlagen in der Schwelle ausgebildet werden können. Falls erwünscht, können die Betonschwellen auch mit einer Vorspannung beaufschlagt werden, so daß auch eine hohe Festigkeit nicht nur gegen Druck-, sondern auch gegen Zugspannungen gegeben ist. Liegen die Schwellen, insbesondere zur Gänze, auf einer Zwischenschichte auf, die aus stückigem Material gebildet ist, so wird die Federeigenschaft dieser Zwischenschichte weniger durch das Bindemittel zwischen den einzelnen Stücken, als durch eine gegenseitige Verkeilung bedingt, so daß das gummielastische Bindemittel weniger die Aufgabe hat, Kräfte aufzunehmen, als eine mindeste Formbeständigkeit der Zwischenlage zu gewährleisten. Dadurch, daß Stücke von Reifen, sei es für Personenwagen, Lastkraftwagen oder auch äquivalent, jedoch in der Menge in untergeordneter Bedeutung von einspurigen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden, die insbesondere eine Stahlverstärkung aufweisen, so wird dadurch eine Verstärkung des gummielastischen Materials einerseits erwirkt, wobei gleichzeitig eine gegenseitige Verkrallung bzw. ineinander Abstützen der einzelnen Stücke besonders gut durch die in das Nachbarstück eindringenden Stahlcordfäden od. dgl. gewährleistet ist. Die Verstärkung als solche bringt einen erhöhten Widerstand ab eines bestimmten Verformungsgrades. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein in großen Mengen anfallendes Altprodukt ein seinen Eigenschaften äquivalentem Einsatz zugeführt werden kann.
  • Enthält die Zwischenschichte zusätzlich Gummigranulat mit einer Korngröße von 2,0 mm bis 30,0 mm, insbesondere 5,0 mm bis 12,0 mm, so kann sowohl über die Größe der für den Aufbau der Zwischenschichte verwendeten Materialien als auch gegebenenfalls die Härte, eine besonders leichte Variation durchgeführt werden, die beispielsweise eine Anpassung der Strecke an die unterschiedlichen Erfordernissen, sei es im Hochgeschwindigkeitsbereich oder auch im Bereich von Wechseln, besonders leicht gestattet.
  • Ist das Bindemittel für die Zwischenschichte ungeschäumt, so kann ein besonders guter kraftschlüssiger Verbund zwischen den einzelnen Teilstücken der Reifen als auch dem Gummigranulat erreicht werden, wobei zusätzlich eine besonders gute Durchlässigkeit für Oberflächenwässer gegeben sein kann.
  • Ist das Bindemittel für die Zwischenschichte geschäumt, so kann auf Grund der unterschiedlichen Schalldichten der Materialien eine erwünschte besonders schlechte Leitung des Schalles erreicht werden.
  • Sind die Teilstücke der Reifen unregelmäßig geformt, so kommt es ähnlich wie bei einem Schotterbett zu einer besonders vorteilhaften gegenseitigen Abstützung der Reifenteilstücke, wodurch die erwünschte dynamische Federungscharakteristik besonders einfach erhalten werden kann.
  • Weisen die Teilstücke der Reifen für die Zwischenschichte eine Korngröße zwischen 50 mm und 100 mm auf, so ist eine Optimierung zwischen den Eigenschaften der Zwischenschichte und der üblicherweise zur Verfügung stehenden Reifengrößen und damit maximalen Korngrößen gegeben.
  • Eine besonders vorteilhafte gegenseitige Abstützung und Lebensdauer der Zwischenschichte ist dann gegeben, wenn die Stärke der Zwischenschichte etwa der halben bis dreifachen größten Korngröße der Teilstücke der Reifen entspricht.
  • Ruht eine Vielzahl von Betonschwellen auf der Zwischenschichte auf, welche flüssigkeitsdurchlässig ist, so ist eine besonders standfeste Konstruktion gegeben, welche insbesondere für einen Unterbau mit Schotter geeignet ist.
  • Ruhen die Betonschwellen auf einem flüssigkeitsdurchlässigen Vlies, insbesondere aus Kunststoffasern, z. B. aus Polypropylen, über eine Zwischenschichte auf, so kann einerseits eine Ableitung von Oberflächenwässern durchgeführt werden, wobei anderseits eine Weiterleitung von mineralischen und organischen Partikelchen vermieden wird. Dies ist nicht nur für die Haltbarkeit von Schotterbetten, sondern auch für Untergrundbeton von Bedeutung. Kunstfaservliese aus Polypropylen weisen sich durch eine besondere chemische und mechanische Stabilität aus.
  • Ruht die Zwischenschichte auf einem, insbesondere wasserdurchlässigen, Asphaltbett auf, welches seinerseits auf dem Unterbau aufliegt, wobei vorzugsweise das Asphaltbett beidseitig der Stirnenden der Schwellen eine sich nach oben erstreckende durchgehende Wandung aufweist, so ist eine Aufnahme sowohl für die Zwischenschichte als auch für die Schwellen geschaffen, wobei gleichzeitig eine Weiterleitung des Körperschalles auf Grund der dämmenden Eigenschaften von Aspalt besonders günstig verringert wird.
  • Weist das Asphaltbett eine 0,2 bis 1,0-fache Dicke derjenigen der Schwellen auf, so ist eine besonders günstige Abstimmung der Kraftaufnahme und geringen Weiterleitung des Schalles gewährleistet.
  • Weist die Wandung des Asphaltbettes Unterbrechungen, die vorzugsweise bis zur Auflagefläche der Zwischenschichte reichen, zum Abfluß von Oberflächenwässern auf, so kann eine Ableitung der Oberflächenwässer nicht nur senkrecht nach unten, so das Asphaltbett porös ist, sondern auch seitlich erfolgen. Eine derartige seitliche Entwässerung eines Schienenoberbaues ist insbesondere bei Frostperioden, wenn die Durchgangskanäle und Poren im Untergrund durch geforenes Wasser verschlossen sind, von Bedeutung.
  • Ist sowohl die Zwischenschichte bzw. sind auch die Seitenund Stirnflächen der Betonschwellen zumindest teilweise von Schotter umgeben, so ist dadurch eine besonders günstige Abstützung der Betonschwellen zueinander gegeben, wobei weiters die Abstrahlung von Luftschall besonders gering gehalten werden kann.
  • Ist jeder Betonschwelle eine eigene Zwischenschichte zugeordnet, wobei vorzugsweise zwischen den Schwellen und den Zwischenschichten Schotter angeordnet ist, so kann bei exakter Positionierung der Betonschwellen am Untergrund, wie es beispielsweise bei einem felsigen Untergrund, besonders stark eingeebneten Schotterbett oder auch Betonuntergrund möglich ist, eine Materialeinsparung durchgeführt werden, wobei weiters eine Ableitung von Oberflächenwässern ebenfalls besonders einfach möglich ist. Durch den angeordneten Schotter wird auch hier die Luftschallemission auf einfache und wirksame Weise minimiert.
  • Liegen die Betonschwellen über Schotter auf der Zwischenschichte auf, welche ihrerseits auf einem Schotterbett ruht, so ist ein Oberbau gewährleistet, welcher auch für hohe Geschwindigkeiten geeignet ist, wobei besonders geringe Wartungsarbeiten erforderlich sind.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und Beispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine lösbare Befestigung von Schienen auf einer Betonschwelle,
    • Fig. 2 einen Schnitt durch eine Zwischenschichte,
    • Fig. 3 und 4 einen Oberbau mit Asphaltbett in Seitenansicht bzw. Sicht von oben,
    • Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Oberbau und
    • Fig. 6 ein Diagramm für die Federungscharakteristik der Zwischenschichte des Oberbaues gemäß Fig. 2.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Befestigung einer Schiene auf einer Betonschwelle 1 sind in dieser Dübel 2 vorgesehen, in welche Schienennägel 3 greifen. Die Schiene 4 ruht über ihren Schienenfuß 5 auf einer Zwischenlage 6 auf, die ihrerseits in einer Winkelführungsplatte 7 angeordnet ist. Zwischen der Winkelführungsplatte 7 und der Betonschwelle 1 ist eine Zwischenplatte 8 angeordnet. Die lösbare Verbindung der Schiene mit der Betonschwelle wird nun über den Schienennagel 3 und die Schienenklammer 9 hergestellt.
  • Durch die gummielastische Ausbildung der Zwischenlage 6 und der Zwischenplatte 8 werden die Schwingungen von Rad und Schiene nur gedämpft an den Oberbau weitergegeben, so daß einerseits eine höhere Lebensdauer erreicht werden kann und anderseits Schallemissionen wesentlich verringerbar sind. Eine Betonschwelle trägt zwei derartige lösbare Befestigungen für Schienen, wobei die Betonschwelle selbst in der Regel über Stahleinlagen (nicht dargestellt) vorgespannt sein können.
  • In Fig. 2 ist eine Zwischenlage im Schnitt dargestellt. Die Teilstücke 10 aus PKW-Reifen weisen eine maximale Erstreckung von 95 mm auf. Das Bindemittel 11 umgibt die Teilstücke der Reifen an ihrer Oberfläche, so daß neben der gegenseitigen Absteifung und Verkrallung durch die Stahleinlagen der Reifenteilstücke eine Bindung derselben untereinander über das Bindemittel erfolgt. Als Bindemittel ist ein elastisches Polyurethan aus einem Präpolymer Desmodur E 41 mit Härter O Z der Bayer AG eingesetzt. Eine Zwischenschichte gemäß Fig. 2 wird wie folgt erhalten.
  • Es werden 100 kg Reifenstücke einer Korngröße von 50 mm bis 100 mm mit 10 kg des oben angeführten gummielastischen Bindemittels gemischt. Diese Mischung wird sodann in eine Plattenpresse eingebracht und zum Erhärten gebracht. Eine derartige Mischung weist ein Gewicht von 700 kg pro m3 auf. Besonders geeignet sind Zwischenschichten mit einem Raumgewicht von 600 kg bis 1.300 kg pro m3, wobei das Raumgewicht um 1.000 kg pro m3 eine bevorzugte Größe darstellt.
  • Die Reifenstücke werden so erhalten, daß vorerst die Wülste, also jene kreisförmigen Stahleinlagen, die einen exakten Sitz des Reifens auf der Felge erlauben, entfernt werden, worauf die Reifen in Viertelstücke zerkleinert werden. Diese Viertelstücke kommen in eine Shredderanlage. Ist eine Erhöhung des Raumgewichtes erwünscht und eine damit erzwungene Änderung der Federcharakteristik, kann entweder mehr Bindemittel, z. B. auch in geschäumter Form und auch zusätzlich zu den Reifenstücken andere Gummipartikelchen, insbesondere mit einer Korngröße zwischen 5,0 mm bis 12,0 mm, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Karkassen für runderneuerte Reifen anfallen, eingesetzt werden.
  • Ein anderes Beispiel für ein gummielastisches Bindemittel ist ein cykloaliphatisches elastisch modifiziertes Epoxidharz auf Basis Bisphenol A.
  • Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Oberbau weist ein Schotterbett 12 auf, auf welchem ein Asphaltbett 13 ruht. Dieses Asphaltbett 13 besitzt Wandungen 14, die entlang der Stirnflächen der Betonschwellen 1 geführt sind. Die Wandungen dienen als Art Stützflächen und sind ebenfalls vom Schotter des Schotterbettes 12 bedeckt. Weiters sind in den Wandungen Unterbrechungen 15 vorgesehen, die bis zur Auflagefläche 16 der Zwischenschichte 17 reichen. Die Zwischenschichte kann entweder durchgehend, wie in Fig. 4 strichliert dargestellt oder wie in den Fig. 4 strichpunktiert und Fig. 5 dargestellt, jeweils eine Zuordnung zu einer Betonschwelle 1 besitzen. Die Dicke d1 des Asphaltbettes beträgt 9 cm, die Dicke d2 der Zwischenschichte beträgt 7 cm und die Dicke d3 der Betonschwelle 1 beträgt 26 cm.
  • Wie den Fig. 3 und 5 besonders deutlich zu entnehmen, sind die Seitenflächen 18 sowie Stirnflächen 19 der Beton schwellen 1 vom Schotter 20 bedeckt. Dieser Schotter hat zur Wirkung, daß die Distanzierung zwischen den Betonschwellen sowie der Zwischenschichte besonders einfach eingehalten werden kann, wobei gleichzeitig die Emission von Schall besonders wirksam vermindert werden kann.
  • Die Betonschwellen können in einer Vielzahl auch über Schotter auf der Zwischenschichte aufruhen, die ihrerseits auf einem weiteren Schotterbett aufliegt.
  • Das in Fig. 6 dargestellte Diagramm für die Federcharakteristik einer Zwischenschichte des Oberbaues gemäß Fig. 2 zeigt, daß bereits bei geringeren Belastungen des Oberbaues ein Einfedern gegeben ist, so daß sich der Oberbau auch beispielsweise bei unbeladenen Waggons nicht wie ein starrer Körper verhält, sondern einfedert. Bei höheren Belastungen ist sodann eine stärkere Einfederung gegeben, wobei die relative Stauchung sinkt.
  • Falls erwünscht, kann anstelle des Asphaltbettes auch ein Vlies, beispielsweise aus Polypropylenfasern, angeordnet werden. Es besteht auch weiters die Möglichkeit, daß nicht nur eine Zwischenschichte, sondern mehrere Zwischenschichten angeordnet sind, von welcher zumindest eine mit Reifenstücken aufgebaut sein muß, die ein Stahlgewebe, Stahleinlage od. dgl. aufweisen.

Claims (15)

  1. Oberbau mit Betonschwellen (1) für den schienengebundenen Verkehr, wobei die Betonschwellen (1) mit zumindest zwei Schienen (4) - z. B. über Schienennägel, Unterlagsplatten und gummielastischen Beilagen - lösbar verbunden sind, und die Betonschwellen über zumindest eine gummielastische Zwischenlage auf dem Unterbau, z. B. Schotterbett, Unterbeton, gewachsenen Fels, aufruhen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichte, auf welcher die Betonschwellen (1), vorzugsweise zur Gänze, mittel- und/oder unmittelbar aufliegen, aus einem Verbundmaterial aufgebaut ist, welches mit Teilstücken (10) aus Reifen für Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen aufgebaut ist, die Gewebeverstärkungen, insbesondere aus Stahl, z. B. Stahlcord, Stahlgewebe, aufweisen und mit einem gummielastischen Bindemittel (11) verbunden sind.
  2. Oberbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichte (17) zusätzlich Gummigranulat mit einer Korngröße von 2,0 mm bis 30,0 mm, insbesondere 5,0 mm bis 12,0 mm, aufweist.
  3. Oberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (11) der Zwischenschichte (17) ungeschäumt ist.
  4. Oberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (11) der Zwischenschichte (17) geschäumt ist.
  5. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (10) der Reifen unregelmäßig geformt sind.
  6. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke (10) der Reifen für die Zwischenschichte (17) die Korngröße zwischen 50 mm und 100 mm aufweisen.
  7. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke (d2) der Zwischenschichte in etwa der halben bis dreifachen größten Korngröße der Teilstücke der Reifen entspricht.
  8. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Betonschwellen (1) auf der Zwischenschichte (17) aufruhen, welche flüssigkeitsdurchlässig ist.
  9. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonschwellen (1) auf einem flüssigkeitsdurchlässigen Vlies, insbesondere aus Kunststoffasern, z. B. aus Polypropylen, über die Zwischenschichte aufruhen.
  10. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichte (17) auf einem, insbesondere wasserdurchlässigen, Asphaltbett (13) aufruht, welches seinerseits auf den Unterbau aufliegt, wobei, vorzugsweise das Asphaltbett (13), beidseitig der Stirnflächen der Betonschwellen (1) eine sich nach oben erstreckende durchgehende Wandung (14) aufweist.
  11. Oberbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Asphaltbett (13) eine etwa 0,2 bis 1,0-fache Dicke (d1) derjenige (d3) der Schwellen aufweist.
  12. Oberbau nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (14) des Asphaltbettes (13) Unterbrechungen (15), die vorzugsweise bis zur Auflagefläche (16) der Zwischenschichte (17) reichen, zum Abfluß von Oberflächenwässern aufweist.
  13. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zwischenschichte (17) als auch die Seiten-(18) und Stirnflächen (19) der Betonschwellen (1) von Schotter (20) zumindest teilweise umgeben sind.
  14. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Betonschwelle (1) eine eigene Zwischenschichte (17) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise zwischen den Betonschwellen (1) und den Zwischenschichten (17) Schotter (20) angeordnet ist, welcher vorzugsweise die Seiten-(18) und Stirnflächen (19) der Betonschwellen umgibt.
  15. Oberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonschwellen (1) über Schotter (20) auf der Zwischenschicht (17) aufliegen, welche ihrerseits auf einem Schotterbett ruht.
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