EP0632164A1

EP0632164A1 - Gleisoberbau mit Schienen

Info

Publication number: EP0632164A1
Application number: EP94890110A
Authority: EP
Inventors: Heinrich Ing. Salzmann; Wolfgang Dipl.-Ing. Schabauer
Original assignee: Allgemeine Baugesellschaft A Porr AG; Semperit Technische Produkte GmbH
Current assignee: Allgemeine Baugesellschaft A Porr AG; Semperit Technische Produkte GmbH
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1995-01-04
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: EP0632164B1; ATA128793A; AT404607B; DE59404807D1

Abstract

Gleisoberbau mit Schienen (2) für schienengebundene Fahrzeuge, wobei die Schienen (2) mit Befestigungsmittel lösbar, z. B. über Schrauben (10) und Spannklemmen (11), mit Tragplatten (1), z. B. Betontragplatten, Stahlschwellen, Spannbetonschwellen, verbunden sind, und zwischen Schienenfuß (4) und Tragplatte (1) zumindest eine gummielastisch verformbare, insbesondere planparallele, Zwischenplatte (5, 7) vorgesehen ist, die sich gegebenenfalls bis über die Befestigungsmittel (10) erstreckt, wobei die Zwischenplatte (5, 7) Bereiche unterschiedlicher Verformbarkeit mit Ausnehmungen (12, 17), welche die Zwischenplatte in ihrer Dicke unvollständig durchdringen, aufweist, und Sacklöcher, Nuten od. dgl. mit Boden bilden, wobei zumindest ein Teil der Ausnehmungen (12, 17) an ihrem Boden Vorsprünge (13), mit einer geringeren Höhe als die der entsprechenden Ausnehmungen aufweisen, wobei die Querschnittsfläche der Vorsprünge geringer ist als die der Ausnehmungen, gemessen parallel zur Auflagefläche (14) der Zwischenplatte. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleisoberbau mit Schienen für schienengebundene Fahrzeuge, wobei die Schienen mit Befestigungsmittel lösbar, z. B. über Schrauben und Spannklemmen, mit Tragplatten verbunden sind, und zumindest zwischen Schienenfuß und Tragplatte eine gummielastische Zwischenplatte vorgesehen ist.
Gleise für den schienengebundenen Verkehr können entweder mit einem Schotterbett oder einer sogenannten festen Fahrbahn versehen sein. Für die Funktionsfähigkeit eines Gleises ist es erforderlich, daß dieses bei Belastung einfedern kann. Ein derartiger Einfederungsvorgang sollte jedoch eine bestimmte Tiefe nicht überschreiten und dies auch bei unterschiedlichsten Belastungen, wie beispielsweise einem Triebfahrzeug, einem Personenwagen, einem beladenen oder unbeladenen Güterwagen. Bei dem herkömmlichen Gleisoberbau mit einem Schotterbett und Schwellen aus Eichenholz konnte das Einfedern durch Kompression des Schotterbettes erreicht werden. Auf Grund der Materialeigenschaften des Holzes tritt eine Dämmung von Schwingungen, u. zw. auch im akustisten Bereich, auf. Durch den Einsatz von Schall gutleitenden Materialien, wie Beton, Stahl u. dgl., wird es erforderlich, zwischen Schienen und den Tragplatten schwingungsdämpfende Zwischenlagen vorzusehen. Für diese Bestimmung wird aus der AT-B-387.249 eine Zwischenplatte aus elastomerem Material bekannt, die über die gesamte Oberfläche verteilt, Durchbrechungen bzw. Sacklöcher aufweist, welche ein bestimmtes Mindestvolumen besitzen. Durch diese Ausbildung soll eine besonders hohe Schalldämmung erreicht werden.
Es ist auch bekannt, den Mittelbereich einer derartigen Unterlagsplatte mit Bereichen unterschiedlicher elastischer Verformbarkeit, bezogen auf die Richtung normal zu den Schienen, auszubilden. Bei einer Ausführungsform gemäß den DE-B-2,600,071 und DE-A-2,032.915 weist der mittlere Bereich einen höheren Widerstand gegen die Verformung als die Seitenbereiche auf. Bei der Ausführungsform gemäß der AT-B-395.354, von welchem Stand der Technik die vorliegende Erfindung ausgeht, weist der mittlere Bereich, also jener Bereich, der unterhalb des Schienenkopfes liegt, einen geringeren Widerstand gegenüber der Verformung auf, so daß die Schiene mit ihrem Fuß in einer Art Mulde der Zwischenlage zu liegen kommt, wenn dieselbe einer Belastung unterliegt.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen Gleisoberbau zu schaffen, der ein begrenztes elastisches Einfedern der Schienen bei Belastung ermöglicht, bei welchem die Weiterleitung des Schalles von den Schienen auf die Unterlagsplatten, Schwellen od. dgl. begrenzt ist, und der bei höherer Belastung einen größeren Widerstand gegen Deformation bedingt, womit höhere Standzeiten der gummielastischen Zwischenplatten erreicht werden können.
Der erfindungsgemäße Gleisoberbau mit Schienen für schienengebundene Fahrzeuge, wobei die Schienen mit Befestigungsmittel lösbar, z. B. über Schrauben und Spannklemmen, mit Tragplatten, z.B. Betontragplatten, Stahlschwellen, Stahlbetonschwellen, verbunden sind, und zwischen Schienenfuß und Tragplatte zumindest eine gummielastisch verformbare, insbesondere planparallele, Zwischenplatte, vorgesehen ist, die sich gegebenenfalls bis über die Befestigungsmittel erstreckt, wobei die Zwischenplatten Bereiche unterschiedlicher Verformbarkeit mit Ausnehmungen, welche die Zwischenplatte in ihrer Dicke unvollständig durchdringen, aufweist und Sacklöcher, Nuten u. dgl. mit Boden bilden, besteht im wesentlichen darin, daß zumindest ein Teil der Ausnehmungen an ihrem Boden Vorsprünge mit einer geringeren Höhe als die der entsprechenden Ausnehmungen aufweisen, wobei die Querschnittsfläche der Vorsprünge geringer ist als die der Ausnehmungen, gemessen parallel zur Auflagefläche der Zwischenplatte. Durch die Vorsprünge wird beim Einfedern der Zwischenplatte, beginnend mit einer bestimmten Belastung, ein zusätzlicher Widerstand ermöglicht, welcher sodann ein tieferes Einfedern begrenzt, wobei gleichzeitig durch die Ausbildung der Vorsprünge eine vorzeitige Zerstörung der Zwischenplatte durch übermäßige Deformation, beispielsweise Überdehnung der Ränder und darauffolgende Einrisse vermieden werden kann.
Entsprechen die Vorsprünge der Form, z. B. im Querschnitt kreisförmig, den Ausnehmungen, so kann eine Deformation der Ausnehmungen als auch der Vorsprünge derart erfolgen, daß keine Reibung zwischen der Innenwandung der Ausnehmung und der Außenwandung des Vorsprunges eintritt, bzw. daß Reibungsmaxima zwischen diesen Wandungen vermieden werden können, wodurch vorzeitige Zerstörungen besonders einfach hintangehalten werden.
Verlaufen die Vorsprünge an ihren freien Enden planparallel zur Auflagefläche, so tritt beim Einfedern eine Unstetigkeitsstelle auf, da mit dem Anliegen der freien Endfläche ein unmittelbar eintretender größerer Widerstand gegen die Deformation bedingt ist.
Sind die Vorsprünge vom Boden ausgehend zum freien Ende sich verjüngend ausgebildet, so ist ein progressiv ansteigender Widerstand zur Deformation gegeben.
Weisen die Vorsprünge an ihren freien Enden Ausnehmungen auf, so ist eine weitere Charakteristik im Widerstand bei der Belastung gegeben, wobei zwei Unstetigkeitsstellen beim Einfedern mit einer Belastung gegeben ist, die gleichzeitig auch zu einer besonders guten Schalldämmung führen können, da unterschiedliche Medien zur Weiterleitung des Schalles dienen, und die im Hohlraum eingeschlossene Luft einen schlechteren Schalleiter darstellt als das gummielastische Material, welches beispielsweise entlang einer Ringfläche zum Anliegen kommt.
Sind die Vorsprünge lediglich in ihrem freien Endbereich sich verjüngend ausgebildet, so ist lediglich bei der Deformation des freien Endbereiches ein geringfügig ansteigender Widerstand bedingt, wohingegen bei weiterer Deformation ein gleichförmiger ansteigender Widerstand bedingt ist.
Weisen die Ausnehmungen unterschiedliche Höhen auf, so ist dadurch eine weitere Möglichkeit der unterschiedlichen elastischen Deformation gegeben.
Weisen die Vorsprünge unterschiedliche Höhe und ihre freien Enden unterschiedlichen Abstand zur Auflagefläche auf, so können selbst bei identer Ausbildung der Ausnehmungen besonders einfach unterschiedliche Deformationswiderstände erreicht werden.
Weisen die Ausnehmungen, quer zur Schienenlängsrichtung gesehen, dieselbe Höhe auf, und die Vorsprünge im Bereich unter dem Schienenkopf eine geringere Höhe als beidseits dieses Bereiches, so kann dadurch erreicht werden, daß die Schiene in einer sicheren Lage in der Zwischenplatte vorliegt, wobei durch die Begrenzung der Deformation durch die Vorsprünge die Lebensdauer besonders hochgehalten werden kann.
Sind die Ausnehmungen über die Zwischenplatte mit Ausnahme der Randbereiche gleichmäßig verteilt, so kann dadurch die Lebensdauer der Zwischenplatte besonders hochgehalten werden, da bevorzugte Deformationsbereiche vermieden werden können.
Nimmt die Höhe der Vorsprünge, quer zur Schienenlängsrichtung gesehen, zu, so daß der Abstand der freien Enden der Vorsprünge von der Auflagefläche abnehmend ausgebildet ist, so ist eine Zwischenplatte gebildet, die bei Belastung der Schiene, beispielsweise in Kurvenbereichen, den unterschiedlichen Kräften besonders vorteilhaft Rechnung trägt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teilbereich des Gleisoberbaues im Bereich der lösbaren Schienenbefestigung,
Fig. 2 eine Zwischenplatte in Draufsicht von unten gesehen,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Zwischenplatte gemäß Fig. 2 entlang der Linie III-III,
Fig. 4 eine weitere Zwischenplatte in Draufsicht von unten gesehen und
Fig. 5 einen Schnitt durch die Zwischenplatte gemäß Fig. 4 entlang der Linie V-V,
Fig. 6a bis 6g Schnitte durch verschieden geformte Vorsprünge,
Fig. 7 einen Schnitt durch einen Teilbereich des Gleisoberbaues im Bereich der lösbaren Schienenbefestigung in einer Kurve,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer Zwischenplatte in schematischer Darstellung und
Fig. 9 ein Belastungsdiagramm einer Zwischenplatte.

Die in Fig. 1 im Schnitt teilweise dargestellte Tragplatte 1 ist mit Beton aufgebaut und weist eine Stahlarmierung auf. In dieser Tragplatte ist eine Ausnehmung vorgesehen, in welcher die lösbaren Befestigungsmittel angeordnet sind. Die Schiene 2 weist einen Kopf 3 und einen Schienenfuß 4 auf. Der Schienenfuß ruht seinerseits auf einer Zwischenplatte 5 auf, die aus weichelastischem Material, beispielsweise Gummi, Polypropylen, Polyäthylen, Polyurethan u. dgl., besteht. Unterhalb dieser Zwischenplatte ist eine Platte 6 aus Stahl angeordnet, die ihrerseits über eine Zwischenplatte 7, die ebenfalls aus einem der oben angeführten gummielastischen weichen Materialien aufgebaut ist, aufliegt. Die Schienen sind über Winkelführungsplatten 8, die einen Vorsprung 9 aufweisen, wodurch eine Lagefixierung derselben in der Tragplatte erfolgt, lagefixiert. Durch die Winkelführungsplatten, die Platte 6 aus Stahl, die weitere Zwischenplatte 7 sind Schrauben, u. zw. Schienennägel 10, in Dübeln 113 geführt, welche ihrerseits Spannklemmen 11 gegen den Schienenfuß 4 elastisch gepreßt halten. In der Zeichnung ist lediglich im linken Teil der Schienennagel mit Spannklemmen aus Gründen der Übersicht dargestellt, welche im üblichen Verkehr mit schienengebundenen Fahrzeugen jedoch auch im rechten Teil vorgesehen sind.
Die Tragplatte 1, welche lösbar befestigt zwei Schienen trägt, deren Länge ein Mehrfaches der Spurweite beträgt, liegt auf dem Grund über eine plastischelastische Masse auf, wobei der Untergrund selbst ebenfalls mit Beton aufgebaut ist.
Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Zwischenplatte entspricht der Zwischenplatte 5, welche unmittelbar unterhalb des Schienenfußes 5 zu liegen kommt. Gleichmäßig quer zur Schienenlängsrichtung sind Nuten 12 angeordnet, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich, lediglich bis zur halben Dicke der Zwischenplatte 5 reichen. In diesen Nuten sind Vorsprünge 13 vorgesehen, die in ihrer äußeren Gestalt der inneren Gestalt der Nuten entsprechen. Diese Vorsprünge reichen jedoch nicht bis zur Auflagefläche 14 der Zwischenplatte. Wie aus Fig. 2 besonders deutlich ersichtlich, ist die Querschnittsfläche der Vorsprünge 13 in ihrer Gesamtheit kleiner als die freie Querschnittsfläche der Nuten 12, so daß die Vorsprünge 13 im allseitigen Abstand zu den Nuten 12 vorgesehen sind. Die Vorsprünge besitzen an ihren freien Enden 15 eine Fläche, die parallel zur Auflagefläche 14 verläuft.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Zwischenplatte entspricht der Zwischenplatte 7, auf welcher die Schiene über die Stahlplatte 6 und Zwischenplatte 5 aufruht. Bei dieser Zwischenplatte sind Durchbrechungen 16 vorgesehen, durch welche einerseits die Schienennägel 10 und anderseits Teile der Winkelführungsplatte hindurchgeführt sind. In dieser Winkelführungsplatte 8 sind gleichmäßig verteilt Sacklöcher 17 angeordnet. Der Rand der Zwischenplatte ist von Sacklöchern frei. Die Sacklöcher 17 weisen kreisrunden Querschnitt auf und reichen, wie besonders deutlich in Fig. 5 ersichtlich, lediglich über einen Teil der Dicke der Zwischenplatte. Zentrisch in diesen Sacklöchern 17 sind Vorsprünge 13 angeordnet, die die Gestalt eines Zylinders besitzen und gleichmäßigen Abstand zur Innenfläche der Sacklöcher aufweisen. Das freie Ende 15 der Vorsprünge 13 ist planparallel zur Auflagefläche 14 ausgebildet und endigt vor dieser. Die Vorsprünge 13 sowie die Sacklöcher 17 sind jeweils ident ausgebildet, so daß das Federungsverhalten bei Belastung der Zwischenplatte quer zur Schienenlängsrichtung vollkommen gleichartig ist. Sowohl die Zwischenplatte 7 als auch die Zwischenplatte 5 können die unterschiedlichsten Ausnehmungen, Sacklöcher u. dgl. bzw. Vorsprünge aufweisen.
In den Fig. 6a bis 6b sind verschiedene Vorsprünge, die entweder rotationssymmetrisch gemäß Fig. 5 oder auch in Form von länglichen Vorsprüngen, wie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt, ausgebildet sein können. Der Vorsprung 13a ist demgemäß zylinderförmig oder als Kubus ausgebildet, der Vorsprung 13b zylinderförmig mit einem Kegelstumpf bzw. als Kubus mit einem dachförmigen Aufsatz, der Vorsprung 13c als abgeflachtes Rotationsparaboloid bzw. Prisma mit im Querschnitt parabolförmigen Seitenflächen. Der Vorsprung 13d als Kegelstumpf bzw. als Prisma mit trapezförmigem Querschnitt. Die Vorsprünge 13e und 13f entsprechen den Vorsprüngen 13a bzw. 13c und weisen eine teilkugelförmige Ausnehmung 19 auf. Dies im Falle, daß der Vorsprung im Querschnitt kreisförmig ist, hingegen bei prismatischer Ausbildung des Vorsprunges ist eine längliche Ausnehmung vorgesehen, die im Querschnitt teilkreisförmig ist. Bei der in Fig. 6g dargestellten Ausführungsform sind die Flanken 18 der Ausnehmung 17 nicht normal zur Auflagefläche 14, sondern unter einem Winkel α von 45° geneigt. Durch diese Neigung der Flanken kann ebenfalls eine progressive Federwirkung bei Belastung erreicht werden.
In Fig. 7 ist eine Schiene im Bereich der Kurve des Gleisoberbaues dargestellt. A bedeutet Schienenaußenseite und I Schieneninnenseite. Die Schiene 2 weist eine Symmetrieebene S auf. Das Rad 20, welches am Schienenkopf der Schiene läuft, greift mit seiner Kraft entlang dem Pfeil P auf die Schiene an. Dadurch wird eine asymmetrische Belastung der Schiene bewirkt, welche durch die Zunahme der gummielastischen Verformbarkeit der Zwischenplatte 5 bzw. 7 von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite ausgeglichen werden kann. Bewegungen des Schienenkopfes können dadurch vermieden werden, so daß eine besonders gute Spurhaltigkeit der Gleise gegeben ist. Diese unterschiedliche Verformbarkeit der Zwischenplatten kann dadurch erreicht werden, daß in Bereichen der größeren Verformbarkeit die Vorsprünge einen größeren Abstand zur Auflagefläche aufweisen, als in Bereichen der geringeren Verformbarkeit.
Wie in Fig. 8 dargestellt, können die Nuten bzw. Vorsprünge auch in Draufsicht unterschiedliche Gestalt, beispielsweise zick-zackförmig, ausgebildet sein, wobei die Abstände der Nuten zueinander nicht gleichmäßig ausgebildet sein müssen, sondern auch zunehmend oder abnehmend ausgebildet sein können. Es besteht auch die Möglichkeit, Bereiche besonders guter Verformbarkeit vorzusehen, also beispielsweise Bereiche mit einem höheren Anteil von Nuten als benachbarte Bereiche bzw. Bereiche mit Vorsprüngen, die von der Auflagefläche eine größere Entfernung aufweisen, als andere Bereiche.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Diagramm ist schematisch die Zunahme der Kraft dargestellt, wie sie zur Deformation der Platte erforderlich ist. Die Kennlinie a entspricht einer planparallelen Platte aus gummielastischem Material mit Ausnehmungen ohne Vorsprünge. Die Kurve b entspricht der Kurve a bis zum Punkt S₁, ab welchem Einfederungsweg die Vorsprünge ebenfalls einer Deformation unterliegen. Die Kurve c weist zwei Unstetigkeitsstellen, u. zw. S₂ und S₃, auf, welche durch eine Ausbildung der Vorsprünge gemäß 13b, e, f erhalten werden, oder es können auch zwei verschiedene Höhen der Vorsprünge vorgesehen sein, so daß diese unterschiedlichen Abstand zur Auflagefläche aufweisen.
In Prüfeinrichtungen wurden Schienenzwischenlagen mit Vorsprüngen in den Nuten bzw. ohne Vorsprünge einer Wechselbelastung unterworfen, wobei jeweils eine Deformation auf drei Viertel der ursprünglichen Dicke durchgeführt wurde. Die Vorsprünge gelangten somit auch zur Deformation. Die Zwischenplatten mit Vorsprüngen hielten einer Wechselbelastung von 3 . 10⁶ ohne Beschädigung aus, wohingegen die Zwischenplatten ohne Vorsprünge bei einer Wechselbelastung von 1,5 . 10⁶ bereits bleibende Deformationen der Seitenflanken der Nuten aufwiesen, welche bei weiterer Beanspruchung zu tiefen Einrissen führten, worauf die Wechselbelastungen abgebrochen wurden.

Claims

Gleisoberbau mit Schienen (2) für schienengebundene Fahrzeuge, wobei die Schienen (2) mit Befestigungsmittel lösbar, z.B. über Schrauben (10) und Spannklemmen (11), mit Tragplatten (1), z. B. Betontragplatten, Stahlschwellen, Spannbetonschwellen, verbunden sind, und zwischen Schienenfuß (4) und Tragplatte (1) zumindest eine gummielastisch verformbare, insbesondere planparallele, Zwischenplatte (5, 7) vorgesehen ist, die sich gegebenenfalls bis über die Befestigungsmittel (10) erstreckt, wobei die Zwischenplatte (5, 7) Bereiche unterschiedlicher Verformbarkeit mit Ausnehmungen, welche die Zwischenplatte in ihrer Dicke unvollständig durchdringen, aufweist, und Sacklöcher, Nuten od. dgl. mit Boden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ausnehmungen (12, 17) an ihrem Boden Vorsprünge (13) mit einer geringeren Höhe als die der entsprechenden Ausnehmungen aufweisen, wobei die Querschnittsfläche der Vorsprünge geringer ist als die der Ausnehmungen, gemessen parallel zur Auflagefläche (14) der Zwischenplatte.
Gleisoberbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13) der Form, z. B. im Querschnitt kreisförmig, den Ausnehmungen (12, 17) entsprechen.
Gleisoberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13) an ihren freien Enden (15) planparallel zur Auflagefläche (14) verlaufen.
Gleisoberbau nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13c, 13d) vom Boden ausgehend zum freien Ende sich verjüngend ausgebildet sind.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13e, 13f) an ihrem freien Ende (15) eine Ausnehmung (19) aufweisen.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13b) lediglich in ihrem freien Endbereich sich verjüngend ausgebildet sind.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 17) unterschiedliche Höhe aufweisen.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13) unterschiedliche Höhe und ihre freien Enden (15) unterschiedlichen Abstand zur Auflagefläche (14) aufweisen.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 17) quer zur Schienenlängsrichtung gesehen dieselbe Höhe aufweisen und die Vorsprünge (13) im Bereich unter dem Schienenkopf eine geringere Höhe als jene beidseits von diesem Bereich aufweisen.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 17) über die Zwischenplatte (5, 7) mit Ausnahme der Randbereiche gleichmäßig verteilt sind.
Gleisoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorsprünge (13) quer zur Schienenlängsrichtung gesehen zunimmt, so daß der Abstand der freien Enden (15) der Vorsprünge von der Auflagefläche (14) abnehmend ausgebildet ist.