EP0856086A1 - Oberbaukonstruktion - Google Patents

Oberbaukonstruktion

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EP0856086A1
EP0856086A1 EP96934747A EP96934747A EP0856086A1 EP 0856086 A1 EP0856086 A1 EP 0856086A1 EP 96934747 A EP96934747 A EP 96934747A EP 96934747 A EP96934747 A EP 96934747A EP 0856086 A1 EP0856086 A1 EP 0856086A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail
intermediate layer
stiffness
tension
superstructure
Prior art date
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Application number
EP96934747A
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English (en)
French (fr)
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EP0856086B1 (de
Inventor
Albrecht Demmig
Hans-Ulrich Dietze
Hubertus Höhne
Sebastian Benenowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine Turnout Technology Germany GmbH
Original Assignee
Voestalpine BWG GmbH
Butzbacher Weichenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19544055A external-priority patent/DE19544055A1/de
Application filed by Voestalpine BWG GmbH, Butzbacher Weichenbau GmbH filed Critical Voestalpine BWG GmbH
Publication of EP0856086A1 publication Critical patent/EP0856086A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0856086B1 publication Critical patent/EP0856086B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
    • E01B9/68—Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair
    • E01B9/685—Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair characterised by their shape
    • E01B9/686—Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair characterised by their shape with textured surface
    • 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
    • E01B9/62—Rail fastenings incorporating resilient supports

Definitions

  • the invention relates to a superstructure structure comprising a rail arranged above a base such as a concrete sleeper, which in turn starts from a fastening such as a ribbed plate, at least one intermediate layer having a stiffness x being arranged between the base and the fastening.
  • the threshold such as a concrete threshold
  • a casting compound such as concrete or asphalt
  • DE 89 15 837 U 1 discloses a device for mounting rails for rail vehicles, in which a ribbed plate is arranged on an elastic intermediate layer, the thickness of which corresponds at least to that of the ribbed plate.
  • the intermediate layer can have a desired elasticity due to certain geometry specifications.
  • DE 40 1 1 013 AI which relates to a temperature-controlled rail construction for tracks at high speeds.
  • the spring stiffness of an elastic intermediate layer can be designed depending on the contact force.
  • EP 0 632 164 AI suggests the structure of an elastic intermediate layer on the bottom side in such a way that greater rigidity results when subjected to loads, while at the same time the transmission of sound is to be limited.
  • the problem underlying the present invention is to further develop a superstructure structure, in particular that of a slab track, in such a way that structure-borne and airborne noise is reduced.
  • the problem is essentially solved according to the invention in that the stiffness x of the intermediate layer is dependent on a maximum desired foot-side rail Tension in the rail is determined, in particular that the stiffness x is designed such that a maximum predeterminable rail tension can be generated in the rail on the underside of the foot.
  • the intermediate layer is designed for the permissible or desired maximum rail tension, which results in the advantage that the rail itself is supported in a softer manner, which results in a decoupling between the rail and the threshold.
  • This also affects a lower base load, which in turn reduces structure-borne noise.
  • the rail used is considered to have a high moment of inertia and resistance across the central rail axis, for example a solid rail, so that the rail performs the function of a girder and can develop a load-bearing effect.
  • This results in a further decoupling between the rail and the threshold which in turn reduces the structure-borne noise emitted by the rail when a rail vehicle is being driven through.
  • the teaching according to the invention is realized in that the intermediate layer has a spring characteristic such that the intermediate layer has essentially inelastic properties at a maximum permissible and / or specifiable rail tension.
  • An intermediate layer is proposed which has a low stiffness before reaching the maximum permissible and / or predefinable rail tension and a high stiffness when this is reached.
  • the intermediate layer has a stiffness x of x ⁇ 25 kN / mm, preferably 4 ⁇ x ⁇ 25 kN / mm in the area of permissible rail tension, or that the intermediate position is one when the maximum permissible rail tension is present Stiffness x with x> 35 kN / mm, in particular x> 90 kN / mm, preferably in the range of 100 kN / mm.
  • the projections have the function of a suspension spring, which is effective when the maximum rail tension of the rail supported by the support has not yet been reached. If this is then achieved, the projections are pressed into the base such that the projections are flush with the underside of the intermediate layer and at the same time fill the entire free spaces (recesses). As a result, the form factor of the intermediate layer is increased in such a way that the maximum permissible rail tension cannot be exceeded in principle even when further force is applied.
  • the intermediate layer should have a stiffness x which is in the range of 100 kN / mm.
  • the rail is a Vignol rail with a maximum permissible rail tension of 70 to 100 N / mm 2 and that the intermediate layer has a rigidity x of approximately 4 to 16 kN / mm if the maximum permissible rail tension has not yet been reached .
  • a further development of the invention provides that, in particular, rails are used which have an moment of inertia I x with preferably I x > 3,400 cm 4 and a section modulus W x with preferably W x > 350 cm 3 .
  • a superstructure structure of a slab track in which the rail is a solid rail with an moment of inertia I x with 3,700 ⁇ I x ⁇ 3,800 cm 4 and a section modulus W x with 390 ⁇ W x ⁇ 410 cm 3 and a maximum desired Rail tension ⁇ (about 70 ⁇ 4 N / mm 2 for UIC grade A steel with 880N / m ⁇ r tensile strength) and the intermediate layer has a stiffness x of approximately 10 ⁇ 2 kN / mm for full webs. For modes of transport with lower axle loads, stiffness results that are below the previously specified value.
  • the invention provides that the rail is designed on the foot side in such a way that the foot emits sound waves of a frequency v when the vibration is excited, which waves lie essentially outside a frequency range between 500 and 3,000 Hz. This results in a vibration-related design of the rail foot such that there is a considerable reduction in airborne noise.
  • the rail can be designed seamless, which also prevents the adverse effects of unwanted airborne noise.
  • the rail has a bridge
  • the rail with the fastening like a ribbed plate, is a unit which causes the rail to widen forms.
  • the attachment can be embedded in the intermediate layer and enclosed by the longitudinal edge.
  • FIG. 2 shows a section through a superstructure construction with a second embodiment of a Vignol rail
  • Fig. 5 shows the intermediate layer according to Fig. 4 with effective high rigidity
  • sections of a slab track include a concrete sleeper 10, a ribbed plate 16 connected to it by means of screws 12, 14, and a rail fastened to this, which is shown in 1 is a UIC60 rail 18, in which FIG. 2 is a Vignol rail 20, which is modified in terms of vibration in comparison to the UIC60 rail 18 with respect to the web 22 and foot 24, and is a solid rail 26 according to FIG .
  • the respective rail 18, 20, 26 is secured to the ribbed plate 16 by means of suitable fastening means such as clamping brackets 28, 30, which are supported on the feet 24 and 32, 34 of the rails 20 and 18 and 26, respectively.
  • suitable fastening means such as clamping brackets 28, 30, which are supported on the feet 24 and 32, 34 of the rails 20 and 18 and 26, respectively.
  • the connection between the fastening means 28 and 30 and the respective rail feet 24, 32, 34 is such that a mechanical unit is formed which leads to an apparent widening of the rail foot.
  • the respective rail 18, 20, 26 experiences a higher tilt stability.
  • an elastic intermediate layer 36, 38 or 40 runs with a stiffness x, which depends on the maximum desired rail tension of the respective rail 18, 20, 26.
  • the rib plate 16 is preferably vulcanized into the intermediate layer 36, 38, 40, which in turn has a so-called bent stiffness characteristic.
  • constructive measures can be selected, which can be found in WO 94/08093.
  • the measures to be taken from FIGS. 4 and 5 are to be provided in order to adjust the stiffness of the intermediate layer in such a way that soft properties are present before the maximum permissible rail tension is reached, which then suddenly change to hard properties when the maximum permissible Rail tension is present.
  • An intermediate layer 36, 38, 40 which can be seen in FIGS. 1 to 3 can in principle show a structure as can be seen in FIGS. 4 and 5 and is provided with the reference symbol 42.
  • the intermediate layer 42 has protrusions 46 projecting above its underside 44.
  • the projections 46 are surrounded by a free space 48 (recess in the intermediate layer 42) when the intermediate layer 42 is unloaded.
  • This free space 48 has a volume V a which corresponds to the volume V b of the Section 50 corresponds to the projections 46, which protrudes above the underside 44 of the intermediate layer 42.
  • the projections 46 perform supporting spring functions when the rail is normally loaded, ie before the maximum permissible rail tension is reached, and consequently support the ribbed plate 16 alone. With increasing introduction of force and the associated increasing rail tension, the projection 46 is pressed more and more into the intermediate layer 42 with the result that the space 48 is filled by the material of the projection 46. If the maximum permissible rail tension has been reached, the projection 46 fills the entire free space 48, so that the end surface 52 of the projection 46 is consequently flush with the underside 44 of the intermediate layer 42. As a result, the entire intermediate layer 42 carries out supporting functions with the result that the intermediate layer 42 as a whole becomes effective with a high degree of rigidity. This in turn means that if the force is further introduced into the rail, the rail tension cannot be increased, or cannot be increased substantially.
  • FIG. 5 shows the intermediate layer 42 with projections 46 pressed into it. It can be seen that the end faces 52 of the projections are flush with the underside 44 of the intermediate layer 42.
  • the characteristic curve of the intermediate layer 42 is shown purely in principle on the basis of FIG. 6.
  • the depression s is shown as a function of the force acting on the intermediate layer 42.
  • the characteristic curve shows a flat course, which rises steeply when the maximum permissible rail tension is reached.
  • the intermediate layer 42 is designed in such a way that the rail can be bent in such a way that the maximum permissible rail tension can be generated and if this is present, further bending is no longer possible, since the intermediate layer 42 has a high rigidity x, which is preferably in the Range of 100 kN / mm or more.
  • the maximum permissible rail tension is to be understood as that which can occur on the underside of the foot and which can be determined, for example, by means of the measuring strip.
  • the maximum desired rail tension is 70 ⁇ 4 N / mm : with a usual wheel load of 10 t of a vehicle traveling through the rail.
  • the rigidity x of the respective intermediate layer 36, 38, 40 is designed accordingly, i.
  • the stiffness x of the intermediate layer 36, 38, 40 is reduced in comparison to known superstructure constructions, that is to say the rail 18, 20, 26 can be supported more softly. This in turn results in a reduction in structure-borne noise, since the rail 18, 20, 26 is decoupled from the threshold 10.
  • the base load is also reduced.
  • the intermediate layer 36, 38, 40 has a so-called bent characteristic with regard to its spring properties or rigidity.
  • the intermediate layer 36, 38, 40 has elastic or "soft” properties until the maximum permissible or predefinable rail tension has not yet been reached. If this is present, on the other hand, the intermediate layer 36, 38, 40 is "hard”, that is to say it has a high degree of rigidity, so that there is no further deflection of the rail 18, 20, 26 and thus an increase in the rail tension.
  • the stiffness x of the intermediate layer is reduced when the moment of inertia I x and the section modulus W x of the rail is increased, for example the geometry of a conventional UIC60 rail 18 is changed such that, according to FIG. 2, the web 22 widens and the rail foot 24 merges into the web 22 with less curvature.
  • the rail 20 can be supported more softly without the maximum permissible rail tension of in particular 70 ⁇ 4 N / mm 2 being exceeded.
  • soft storage means decoupling from the threshold 10 with the result that the structure-borne noise emitted by the rail 20 is reduced.
  • the base 24 or 34 has been modified in terms of vibration in comparison with the UIC60 rail 18 such that the sound emitted when the vibration is excited is not in the undesired frequency range is between 500 and 3,000 Hz.
  • the widening or change in the shape of the web 22 of the rail 20 also reduces the airborne sound that is usually emitted by the web of a Vignol rail.
  • the rail 18, 20, 26 is elastically supported on the intermediate layer 36, 38, 40 in such a way that the maximum permissible rail tension can be reached with conventional wheel loads, but is in principle not exceeded due to a kinked characteristic curve, there is the advantage that decoupling takes place between the rail 18, 20, 26 and the threshold 10 in such a way that undesired structure-borne noise is prevented. If a solid rail 26 or a Vignol rail 20 with a web 22 and foot 24 modified in terms of vibration technology is also used in order to largely prevent the emission of airborne noise in the range between 500 and 3000 Hz, there is a further improvement in the sound engineering of a fixed roadway.
  • W x 430 cm 3 and a maximum permissible rail tension of 73 N / mm 2 for the intermediate layer 40 a stiffness of 10 kN / mm, from which in turn a maximum support point load of 25.3 kN is calculated. These values apply in the work area where the maximum rail tension is not is exceeded. If, on the other hand, this is achieved, the stiffness of the intermediate layer 40 changes such that it is "hard”, that is to say largely inelastic, so that there is no further deflection of the rail. In this "hard” area, the stiffness should be x ⁇ 35 kN / mm.

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Description

Beschreibung
Oberbaukonstruktion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Oberbaukonstruktion umfassend eine über einer Unterlage wie Betonschwelle angeordnete Schiene, die ihrerseits von einer Befestigung wie Rippenplatte ausgeht, wobei zwischen der Unterlage und der Befestigung zumindest eine Zwischenlage mit einer Steifigkeit x angeordnet ist.
Es ist bekannt, Schwellen auf Schotter zu betten oder auf Konstruktionen einer Festen Fahrbahn mit stabilen steifen Schwellenlagerungen zurückzugreifen. Im letzteren Fall wird die Schwelle wie Betonschwelle auf Asphalt- oder Betontragplatten oder ent¬ sprechende Tröge eingebracht und sodann in einer Vergußmasse wie Beton oder Asphalt teilweise eingegossen.
Um bei Festen Fahrbahnen eine Verringerung des von einer Schiene ausgehenden Körper- und Luftschalls zu erreichen, ist eine Konstruktion bekannt, eine Regelschiene wie S54 in einem Kanal, der aus Beton- bzw. Stahlteilen besteht, auf einer Korkschicht aufzubringen. Zusätzlich sind Hohlkörper vorgesehen, die nach oben hin mit Polyure- than-Kork-Gemisch gefüllt sind, um den Schall zu verringern. Allerdings hat eine entsprechende Konstruktion nicht zu dem gewünschten Ergebnis geführt. Vielmehr haben Schallmessungen ergeben, daß sogar gegenüber dem Schotterbau eine Schallerhö¬ hung um 10 dB erfolgt.
Aus dem DE 89 15 837 U 1 ist eine Einrichtung zum Lagern von Schienen für Schie¬ nenfahrzeuge bekannt, bei der eine Rippenplatte auf einer elastischen Zwischenlage angeordnet wird, deren Dicke mindestens der der Rippenplatte entspricht. Dabei kann die Zwischenlage durch bestimmte Geometrievorgaben eine gewünschte Elastizität aufweisen. Gleiches gilt für die DE 40 1 1 013 AI, die sich auf eine temperierte Schienenkonstruktion für Gleise mit hohen Geschwindigkeiten bezieht. Dabei soll durch Ausbildung eines Hohlraums mit kunststoffmodifiziertem Klebemörtel sichergestellt werden, daß eine unmittelbare Übertragung von Wärme- oder Kühlenergie auf die Fahrschiene vermieden wird.
Nach der DE 41 38 575 AI kann die Federsteifigkeit einer elastischen Zwischenlage aufstandskraftabhängig ausgebildet werden.
Der EP 0 632 164 AI ist der Vorschlag zu entnehmen, eine elastische Zwischenlage bodenseitig derart zu strukturieren, daß sich bei Belastung eine größere Steifigkeit ergibt, wobei gleichzeitig eine Weiterleitung von Schall begrenzt werden soll.
Aus der DE 43 14 578 AI ist eine elastische Schienenunterlage mit bodenseitigen Kompressionspunkten und umlaufender geschlossener Randleiste bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Oberbaukonstruktion, ins¬ besondere eine solche einer Festen Fahrbahn derart weiterzubilden, daß eine Reduzie¬ rung von Körper- und Luftschall erfolgt.
Das Problem wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Steifigkeit x der Zwischenlage in Abhängigkeit einer maximal gewünschten fußseitigen Schienen- Spannung in der Schiene bestimmt ist, insbesondere daß die Steifigkeit x derart ausge¬ legt ist, daß in der Schiene fußunterseitig eine maximale vorgebbare Schienenspannung erzeugbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Zwischenlage auf die zulässige bzw. gewünschte maximale Schienenspannung ausgelegt, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die Schiene selbst weicher gelagert wird, wodurch eine Entkopplung zwischen der Schiene und der Schwelle erfolgt. Dies wirkt sich auch auf eine geringere Stützpunktbelastung aus, wodurch wiederum eine Reduzierung des Körperschalls erfolgt. Verstärkt kann dies dadurch werden, daß man als Schiene solche mit hohem Trägheits- und Widerstands¬ moment über die Schienenmittelachse betrachtet verwendet, zum Beispiel eine Voll¬ schiene, so daß die Schiene die Funktion eines Trägers ausübt und eine lasttragende Wirkung entfalten kann. Hierdurch erfolgt eine weitere Entkopplung zwischen der Schiene und der Schwelle, wodurch wiederum der von der Schiene ausgehende Körper¬ schall beim Durchfahren eines Schienenfahrzeuges verringert wird.
Insbesondere wird die erfindungsgemaße Lehre dadurch realisiert, daß die Zwischenlage eine Federkennlinie derart aufweist, daß bei maximal zulässiger und/ oder vorgebbarer Schienenspannung die Zwischenlage im wesentlichen unelastische Eigenschaften besitzt. Es wird eine Zwischenlage vorgeschlagen, die vor Erreichen der maximal zulässigen und/oder vorgebbaren Schienenspannung eine geringe und bei Erreichen dieser eine hohe Steifigkeit aufweist.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Zwischenlage im Bereich zulässiger Schie¬ nenspannung eine Steifigkeit x mit x < 25 kN/mm aufweist, vorzugsweise 4 < x < 25 kN/mm, bzw. daß bei Vorliegen der maximal zulässigen Schienenspannung die Zwi¬ schenlage eine Steifigkeit x mit x > 35 kN/mm, insbesondere x > 90 kN/mm aufweist, vorzugsweise im Bereich von 100 kN/mm.
Insbesondere und nach einem eigenerfinderischen Vorschlag ist jedoch vorgesehen, daß bei unbelasteter Zwischenlage diese über ihrer Unterseite vorstehende Vorsprünge aufweist, die innerhalb der Zwischenlage umfangsseitig von einem Freiraum (Aus¬ sparung) umgeben sind. Der Freiraum weist ein Volumen Va auf, das gleich einem Volumen Vb ist, das der jeweilige Vorsprung in seinem über der Unterseite vorstehen¬ den Abschnitt aufweist.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag üben die Vorsprünge die Funktion einer Tragfeder aus, die dann wirksam ist, wenn die maximale Schienenspannung der über die Unterlage abgestützten Schiene noch nicht erreicht ist. Wird diese sodann erreicht, so werden die Vorsprünge derart in die Unterlage hineingedrückt, daß die Vorsprünge bündig mit der Unterseite der Zwischenlage abschließen und gleichzeitig die gesamten Freiräume (Aussparungen) ausfüllen. Hierdurch bedingt wird der Formfaktor der Zwischenlage derart erhöht, daß die maximal zulässige Schienenspannung auch bei weiterer Krafteinleitung grundsätzlich nicht überschritten werden kann. Insbesondere dann, wenn die Freiräume in der Unterlage vollständig vom Material der Vorsprünge ausgefüllt sind, sollte die Zwischenlage eine Steifigkeit x aufweisen, die im Bereich von 100 kN/mm liegt.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die Schiene eine Vignolschiene mit einer maximal zulässigen Schienenspannung von 70 bis 100 N/mm2 ist und daß die Zwischenlage eine Steifigkeit x von in etwa 4 bis 16 kN/mm aufweist, sofern die maximal zulässige Schienenspannung noch nicht erreicht ist.
Losgelöst von der Geometrie der Schiene sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß insbesondere Schienen zum Einsatz gelangen, die ein Trägheitsmoment Ix mit vor¬ zugsweise Ix > 3.400 cm4 und einem Widerstandsmoment Wx mit vorzugsweise Wx > 350 cm3 aufweisen.
Insbesondere ist eine Oberbaukonstruktion einer Festen Fahrbahn vorgesehen, bei der die Schiene eine Vollschiene mit einem Trägheitsmoment Ix mit 3.700 < Ix < 3.800 cm4 und einem Widerstandsmoment Wx mit 390 < Wx < 410 cm3 ist und eine maximal ge¬ wünschte Schienenspannung σ (etwa 70 ± 4 N/mm2 für Schienenstahl UIC Güte A mit 880N/mπr Zugfestigkeit) erzeugbar ist und die Zwischenschicht eine Steifigkeit x von in etwa 10 ± 2 kN/mm bei Vollbahnen aufweist. Bei Verkehrsträgern mit geringeren Achslasten ergeben sich Steifigkeiten, die unter dem zuvor angegebenen Wert liegen.
In Weiterbildung der Erfindung sieht die Erfindung vor, daß die Schiene fußseitig derart ausgestaltet ist, daß der Fuß bei Schwingungsanregung Schallwellen einer Frequenz v aussendet, die im wesentlichen außerhalb eines Frequenzbereichs zwischen 500 und 3.000 Hz liegen. Hierdurch ergibt sich eine schwingungstechnische Gestaltung des Schienenfußes derart, daß im erheblichen Umfang eine Reduzierung des Luftschalls erfolgt.
Zusätzlich kann die Schiene steglos ausgebildet sein, wodurch ebenfalls verhindert wird, daß Beeinträchtigungen durch unerwünschte Luftschalls unterbleiben.
Sofern die Schiene einen Steg aufweist, sollte dieser derart gestaltet sein, daß der Steg bei Schwingungsanregung Schallwellen einer Frequenz v aussendet, die im wesentlichen außerhalb eines Frequenzbereichs zwischen in etwa 500 und 3.000 Hz liegen.
Um sicherzustellen, daß die Schiene aufgrund der Tatsache, daß diese über die Befesti¬ gung auf einer relativ weichen Zwischenlage ruht, nicht kippen kann, sieht eine Weiter¬ bildung der Erfindung vor, daß die Schiene mit der Befestigung wie Rippenplatte eine eine Schienenverbreiterung bewirkende Einheit bildet. Dabei kann die Befestigung in der Zwischenlage eingelassen und von dieser längsrandseitig umschlossen sein.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kom¬ bination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Oberbaukonstruktion mit einer ersten Ausfüh¬ rungsform einer Vignolschiene,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Oberbaukonstruktion mit einer zweiten Aus¬ führungsform einer Vignolschiene,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Oberbaukonstruktion mit einer Vollschiene,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Zwischenlage mit wirksamer geringer Steifig¬ keit,
Fig. 5 die Zwischenlage nach Fig. 4 mit wirksamer hoher Steifigkeit und
Fig. 6 eine Kennlinie.
In den Figuren, in denen grundsätzlich gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind Ausschnitte einer Festen Fahrbahn umfassend eine Betonschwelle 10, eine über Schrauben 12. 14 mit dieser verbundene Rippenplatte 16 sowie eine auf dieser befestigten Schiene, bei der es sich bei der Fig. 1 um eine UIC60-Schiene 18, bei der Fig. 2 um eine Vignolschiene 20, die im Vergleich zu der UIC60-Schiene 18 in bezug auf Steg 22 und Fuß 24 schwingungstechnisch verändert ist, und um eine Vollschiene 26 gemäß Fig. 3 handelt.
Die jeweilige Schiene 18, 20, 26 ist mit der Rippenplatte 16 über geeignete Befesti¬ gungsmittel wie Spannbügel 28, 30 gesichert, die sich auf den Füßen 24 bzw. 32, 34 der Schienen 20 bzw. 18 und 26 abstützen. Dabei ist die Verbindung zwischen den Befestigungsmitteln 28 und 30 und den jeweiligen Schienenfüßen 24, 32, 34 derart, daß sich eine mechanische Einheit bildet, die zu einer scheinbaren Schienenfußverbreiterung führt. Hierdurch erfährt die jeweilige Schiene 18, 20, 26 eine höhere Kippstabilität.
Hinsichtlich der Befestigung der Rippenplatte 16 mit der Betonschwelle 10 über die Schrauben 12 und 14 wird auf übliche Konstruktionen, insbesondere jedoch auf eine solche verwiesen, wie diese der WO 95/17552 zu entnehmen ist. Insoweit wird die diesbezügliche Offenbarung Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Unabhängig von der Art der Befestigung zwischen der Rippenplatte 16 oder einem gleichwirkenden Element und der Schwelle 10 ist jedoch erfindungsgemaß vorgesehen, daß zwischen der Rippenplatte 16 bzw. einer entsprechenden Befestigung für die Schiene 18, 20, 26 und der Schwelle 10 eine elastische Zwischenlage 36, 38 bzw. 40 mit einer Steifigkeit x verläuft, die von der maximal gewünschten Schienenspannung der jeweiligen Schiene 18, 20, 26 abhängt. Dabei ist die Rippenplatte 16 vorzugsweise in die Zwischenlage 36, 38, 40 einvulkanisiert, die ihrerseits eine sogenannte geknickte Steifigkeits-Kennlinie aufweist. Dies bedeutet, daß die Zwischenlage 36, 38, 40 in ihrem Arbeitsbereich, in dem die Schiene 18, 20, 26 die maximal zulässige Schienenspannung noch nicht erreicht hat, weiche Eigenschaften besitzt, jedoch dann schlagartig hart werden, wenn die maximal zulässige Schienenspannung vorliegt. Um eine sogenannte geknickte Kennlinie zu erreichen, können konstruktive Maßnahmen gewählt werden, die der WO 94/08093 zu entnehmen sind. Dabei ist auf die entsprechende Offenbarung zu verweisen, die Gegenstand der vorliegenden Beschreibung ist.
Insbesondere sind jedoch die den Fig. 4 und 5 zu entnehmenden Maßnahmen vor¬ zusehen, um die Zwischenlage in ihrer Steifigkeit derart einzustellen, daß vor Erreichen der maximal zulässigen Schienenspannung weiche Eigenschaften vorliegen, die sich dann schlagartig in harte Eigenschaften ändern, wenn die maximal zulässige Schienen¬ spannung vorliegt.
Eine der Fig. 1 bis 3 zu entnehmende Zwischenlage 36, 38, 40 kann vom Prinzip her einen Aufbau zeigen, wie dieser den Fig. 4 und 5 zu entnehmen und mit dem Bezugs¬ zeichen 42 versehen ist. So weist die Zwischenlage 42 über ihrer Unterseite 44 vor¬ stehende Vorsprünge 46 auf. Gleichzeitig sind die Vorsprünge 46 bei unbelasteter Zwischenlage 42 von einem Freiraum 48 (Aussparung in der Zwischenlage 42) umge¬ ben. Dieser Freiraum 48 weist ein Volumen Va auf, das dem Volumen Vb des Ab- Schnitts 50 der Vorsprünge 46 entspricht, der über der Unterseite 44 der Zwischlage 42 vorsteht.
Die Vorsprünge 46 üben bei üblicher Belastung der Schiene, also bevor die maximal zulässige Schienenspannung erreicht ist, Tragfederfunktionen aus, stützen demzufolge allein die Rippenplatte 16 ab. Bei zunehmender Krafteinleitung und der damit ver¬ bundenen zunehmenden Schienenspannung drückt sich der Vorsprung 46 immer mehr in die Zwischenlage 42 mit der Folge ein, daß der Freiraum 48 vom Material des Vorsprungs 46 ausgefüllt wird. Ist die maximal zulässige Schienenspannung erreicht, so füllt der Vorsprung 46 den gesamten Freiraum 48 aus, so daß infolgedessen der Vor¬ sprung 46 mit seiner Stirnfläche 52 mit der Unterseite 44 der Zwischenlage 42 bündig abschließt. Hierdurch bedingt übt die gesamte Zwischenlage 42 Tragfunktionen mit der Folge aus, daß die Zwischenlage 42 als Ganzes mit einer hohen Steifigkeit wirksam wird. Dies wiederum bedeutet, daß bei weiterer Krafteinleitung in die Schiene deren Schienenspannung nicht oder nicht im wesentlichen Umfang erhöht werden kann.
In Fig. 5 ist die Zwischenlage 42 mit in diese hineingedrückten Vorsprüngen 46 dargestellt. Man erkennt, daß die Stirnflächen 52 des Vorsprünge mit der Unterseite 44 der Zwischenlage 42 fluchten.
Anhand der Fig. 6 ist rein prizipiell die Kennlinie der Zwischenlage 42 dargestellt. So ist in Abhängigkeit von der auf die Zwischenlage 42 einwirkenden Kraft die Ein- senkung s dargestellt. In dem Bereich, in dem die maximal zulässige Schienenspannung noch nicht erreicht ist, zeigt die Kennlinie einen flachen Verlauf, der dann steil ansteigt, wenn die maximal zulässige Schienenspannung erreicht ist.
Anders ausgedrückt wird die Zwischenlage 42 derart ausgelegt, daß die Schiene derart biegbar ist, daß die maximal zulässige Schienenspannung erzeugbar ist und bei Vor¬ liegen dieser ein weiteres Durchbiegen nicht mehr erfolgen kann, da die Zwischenlage 42 eine hohe Steifigkeit x aufweist, die vorzugsweise im Bereich von 100 kN/mm oder mehr liegen sollte. Unter maximaler zulässiger Schienenspannung ist dabei diejenige zu verstehen, die fußunterseitig auftreten kann und zum Beispiel über den Meßstreifen ermittelbar ist. Dabei ist für Feste Fahrbahnen vorgesehen, daß die maximal gewünschte Schienen¬ spannung 70 ± 4 N/mm: bei üblicher Radlast von 10 t eines die Schiene durchfahrenden Fahrzeuges beträgt.
Um eine entsprechende maximale Schienenspannung beim Durchfahren des Schienen¬ fahrzeugs mit der Radlast von 10 t zuzulassen, wird die Steifigkeit x der jeweiligen Zwischenlage 36, 38, 40 entsprechend ausgelegt, d. h., daß die Steifigkeit x der Zwi¬ schenlage 36, 38, 40 im Vergleich zu bekannten Oberbaukonstruktionen verringert, also die Schiene 18, 20, 26 weicher gelagert werden kann. Hierdurch wiederum ergibt sich eine Reduzierung des Körperschalls, da die Schiene 18, 20, 26 von der Schwelle 10 entkoppelt wird. Auch ist die Stützpunktbelastung reduziert.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre ist jedoch insbesondere vorgesehen, daß die Zwischenlage 36, 38, 40 in bezug auf ihre Federeigenschaften bzw. Steifigkeit eine sogenannte geknickte Kennlinie aufweist. So weist die Zwischenlage 36, 38, 40 solange elastische bzw. "weiche" Eigenschaften auf, bis die maximal zulässige bzw. vorgebbare Schienenspannung noch nicht erreicht ist. Liegt diese dagegen vor, so ist die Zwischen¬ lage 36, 38, 40 "hart", weist also eine hohe Steifigkeit auf, so daß eine weitere Durch¬ biegung der Schiene 18, 20, 26 und damit Erhöhung der Schienenspannung unterbleibt.
Da in Abhängigkeit von der Geometrie einer Schiene diese mehr oder weniger die Funktion eines Trägers ausüben und damit eine lasttragende Wirkung entfalten kann, ergibt sich eine Verringerung der Steifigkeit x der Zwischenlage dann, wenn das Träg¬ heitsmoment Ix und das Widerstandsmoment Wx der Schiene erhöht wird, also zum Beispiel die Geometrie einer üblichen UIC60-Schiene 18 dahingehend verändert wird, daß entsprechend der Fig. 2 der Steg 22 verbreitert und der Schienenfuß 24 mit geringe¬ rer Krümmung in den Steg 22 übergeht. Hieraus resultiert, daß die Schiene 20 weicher gelagert werden kann, ohne daß die maximal zulässige Schienenspannung von ins¬ besondere 70 ± 4 N/mm2 überschritten wird. Weiche Lagerung bedeutet jedoch wei- tergehende Entkopplung von der Schwelle 10 mit der Folge, daß der von der Schiene 20 abgegebene Körperschall verringert wird.
Noch bessere Ergebnisse zeigen sich bei der Vollschiene 26 gemäß Fig. 3, da aufgrund des noch höheren Trägheitsmoments Ix und Widerstandsmoments Wx eine noch weiche¬ re Lagerung erfolgen kann, bevor die maximal zulässige Schienenspannung erreicht ist.
Durch die Geometrie der Schiene 20 bzw. der der Vollschiene 26 bedingt ergibt sich des weiteren der Vorteil, daß der Fuß 24 bzw. 34 im Vergleich zu der UIC60-Schiene 18 schwingungstechnisch dergestalt verändert wurde, daß bei Schwingungsanregung der abgegebene Schall nicht im unerwünschten Frequenzbereich zwischen 500 und 3.000 Hz liegt. Durch die Verbreiterung bzw. Änderung der Form des Stegs 22 der Schiene 20 wird auch der üblicherweise von dem Steg einer Vignolschiene abgegebene Luftschall verringert.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre, daß die Schiene 18, 20, 26 auf der Zwischenla¬ ge 36, 38, 40 derart elastisch gelagert wird, daß bei üblichen Radlasten die maximal zulässige Schienenspannung erreichbar, jedoch aufgrund eines geknickten Verlaufs der Kennlinie grundsätzlich nicht überschritten wird, ergibt sich der Vorteil, daß eine Ent¬ kopplung zwischen der Schiene 18, 20, 26 und der Schwelle 10 derart erfolgt, daß un¬ erwünschter Körperschall unterbunden wird. Wird ferner eine Vollschiene 26 oder eine Vignolschiene 20 mit schwingungstechnisch verändertem Steg 22 und Fuß 24 benutzt, um die Emission von Luftschall im Bereich zwischen 500 und 3.000 Hz weitgehend zu unterbinden, ergibt sich eine weitere schalltechnische Verbesserung einer Festen Fahr¬ bahn.
Unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Lehre ergibt sich für eine Vollschiene Vo 1-60 mit Ix = 3.760 cm4. Wx = 430 cm3 und einer maximalen zulässigen Schienen¬ spannung von 73 N/mm2 für die Zwischenlage 40 eine Steifigkeit von 10 kN/mm, woraus sich wiederum eine maximale Stützpunktbelastung von 25,3 kN errechnet. Diese Werte gelten in dem Arbeitsbereich, in dem die maximale Schienenspannung nicht überschritten ist. Wird diese dagegen erreicht, so ändert sich die Steifigkeit der Zwi¬ schenlage 40 derart, daß diese "hart" ist, also weitgehend unelastisch wird, so daß eine weitere Durchbiegung der Schiene unterbleibt. In diesem "harten" Bereich sollte die Steifigkeit x ≥ 35 kN/mm betragen.
Diese Werte zeigen, daß die Vollschiene 26 in einem Umfang von der Unterlage 40 entkoppelt ist, daß beim Durchfahren der Schiene 26 deren Körperschall nur im gerin¬ gen Umfang auf die Schwelle 10 und damit den Unterbau übertragen wird.

Claims

PatentansprücheOberbaukonstruktion
1. Oberbaukonstruktion wie feste Fahrbahn umfassend eine über einer Unterlage wie Betonschwelle (10) angeordnete Schiene (18, 20, 26), die ihrerseits von einer Befestigung (16) wie Rippenplatte ausgeht, wobei zwischen der Unterlage und der Befestigung zumindest eine Zwischenlage (36, 38, 40, 42) mit einer Steifigkeit x angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit x der Zwischenlage (36, 38, 40, 42) derart ausgelegt ist, daß in der Schiene (18.20, 26) fußseitig eine maximal zulässige und/oder vorgebba¬ re Schienenspannung erzeugbar ist.
2. Oberbaukonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (36, 38, 40, 42) eine Federkennlinie derart aufweist, daß bei maximal zulässiger und/oder vorgebbarer Schienenspannung die Zwischenla¬ ge im wesentlichen unelastische Eigenschaften besitzt.
3. Oberbaukonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (36, 38, 40, 42) vor Erreichen der maximal zulässigen und/oder vorgebbaren Schienenspannung eine geringe und bei Erreichen dieser eine hohe Steifigkeit aufweist.
4. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (36, 38, 40, 42) im Bereich zulässiger Schienenspannung eine Steifigkeit x mit x < 25 kN/mm, vorzugsweise 4 < x < 25 kN/mm, auf¬ weist.
5. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen der maximal zulässigen Schienenspannung die Zwischenlage (36, 38, 40, 42) eine Steifigkeit x > 35 kN/mm, insbesondere x > 90 kN/mm aufweist, vorzugsweise im Bereich von 100 kN/mm oder größer.
6. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene eine Vignolschiene (20) mit einer maximal zulässigen Schienen¬ spannung von 70 bis 100 N/mm2 ist und daß die Zwischenlage (38) eine Steifig¬ keit x von in etwa 4 bis 16 kN/mm vor Erreichen der maximal zulässigen Schienenspannung aufweist.
7. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene eine Vollschiene (26) vorzugsweise eines Schienenstahls UIC Güte A mit in etwa 880 N/mm2 Zugfestigkeit mit einem Trägheitsmoment Ix mit Ix > 3.700 cm4 und/oder einem Widerstandsmoment Wx mit Wx > 390 cm3 ist und daß bei maximal gewünschter Schienenspannung von in etwa 70 ± 4 N/mm2 die Zwischenlage (40) eine Steifigkeit x mit x in etwa 10 ± 2 kN/mm aufweist.
8. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (20) fußseitig derart gestaltet ist, daß der Fuß (24) bei Schwin¬ gungsanregung Schallwellen einer Frequenz v aussendet, die im wesentlichen außerhalb eines Frequenzbereichs zwischen in etwa 500 und 3.000 Hz liegen.
9. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (26) steglos ausgebildet ist.
10. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (20) stegseitig derart gestaltet ist, daß der Steg (22) bei Schwin¬ gungsanregung Schallwellen einer Frequenz v aussendet, die im wesentlichen außerhalb eines Frequenzbereichs zwischen in etwa 500 und 3.000 Hz liegen.
11. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (18, 20, 26) mit der Befestigung (16) eine eine Schienenfußver¬ breiterung bewirkende Einheit bildet.
12. Oberbaukonstruktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurc h gekennzeichnet, daß die Befestigung (16) in der Zwischenlage (36, 38, 40) eingelassen, vorzugs¬ weise längsrandseitig von dieser umschlossen ist.
13. Oberbaukonstruktion wie feste Fahrbahn umfassend eine über einer Unterlage wie Betonschwelle (10) angeordnete Schiene (18, 20, 26), die ihrerseits von einer Befestigung (16) wie Rippenplatte ausgeht, wobei zwischen der Unterlage und der Befestigung zumindest eine Zwischenlage (36, 38, 40, 42) mit einer Steifigkeit x angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit x der Zwischenlage (36, 38, 40, 42) derart ausgelegt ist, daß die Schiene (18, 20, 26) fußunterseitig maximal bis zu einer Schienenspannung im Bereich von 70 bis 100 N/mm2 verformbar ist.
14. Oberbaukonstruktion nach vorzugsweise zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei unbelasteter Zwischenlage (42) diese über ihrer Unterseite (44) vor¬ stehende Vorsprünge (46) aufweist, die innerhalb der Zwischenlage umfangs- seitig von einem Freiraum (48) umgeben sind, wobei jeder Freiraum ein Volu¬ men Va aufweist, das gleich einem Volumen Vb ist, das dem eines Vorsprungs (46) in seinem über der Unterseite der Zwischenlage vorstehenden Abschnitt (50) entspricht.
15. Oberbaukonstruktion nach zumindest Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen der maximal zulässigen Schienenspannung die Volumina der Freiräume (48) vollständig vom Material der Vorsprünge (46) ausgefüllt sind und daß die Vorsprünge bündig zur Unterseite (44) der Zwischenlage zur Erzie¬ lung einer hohen Steifigkeit x der Zwischenlage (42) abschließen, insbesondere zur Erzielung einer Steifigkeit x im Bereich von 100 kN/mm.
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