EP0920554B1 - Herzstück für weichen und kreuzungen - Google Patents

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EP0920554B1
EP0920554B1 EP97940107A EP97940107A EP0920554B1 EP 0920554 B1 EP0920554 B1 EP 0920554B1 EP 97940107 A EP97940107 A EP 97940107A EP 97940107 A EP97940107 A EP 97940107A EP 0920554 B1 EP0920554 B1 EP 0920554B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frog
rails
rail
wing
wing rails
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97940107A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0920554A1 (de
Inventor
Oswald Lochschmidt
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.)
INNOVATIESTICHTING HIGH RAIL TECH
Original Assignee
Innovatiestichting High Rail Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innovatiestichting High Rail Tech filed Critical Innovatiestichting High Rail Tech
Publication of EP0920554A1 publication Critical patent/EP0920554A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0920554B1 publication Critical patent/EP0920554B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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
    • E01B11/00—Rail joints
    • E01B11/44—Non-dismountable rail joints; Welded joints
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/10—Frogs
    • E01B7/12—Fixed frogs made of one part or composite
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • E01B19/003—Means for reducing the development or propagation of noise

Definitions

  • the invention relates to a centerpiece for switches and crossings according to the preamble of the claim 1.
  • a heart is known from EP 0 282 796.
  • the wing rails by lining pieces at a distance from the Centerpiece tip held to the width of the flange groove ensure.
  • the core is interspersed with a sleeve with play, this sleeve on both sides by spacers Lining pieces is supported, which in turn in tabs the wing rails lie.
  • the wing rails are through a bolt, the chucks, the spacers and clamped the sleeve together and thus form together a rigid unit.
  • the centerpiece tip can be horizontal compared to the two wing rails and move vertically within the given game.
  • the two wing rails and the centerpiece tip lie on a ribbed plate, the vertical ribs has, which as stops for the feet of the wing rails or the centerpiece tip for horizontal movement serve and due to the horizontally predetermined game allow a desired horizontal mobility.
  • WO 94/02683 shows a centerpiece that consists of two unwelded Rail sections is composed and over lining pieces and one the webs of the wing rails and the bolt passing through the core is screwed together are.
  • the rail sections of the heart of a sleeve interspersed with no play or the surfaces facing each other the frog sections are profiled with a wzb. a longitudinal toothing, the tooth flanks lie against each other without play, coupled together.
  • EP 0 282 796 A centerpiece similar to EP 0 282 796 is also from the EP 0 281 880 B1 and DE 37 08 233 A1 are known.
  • the rigid, simple heart pieces composed of rails with the three main parts (i.e. the two wing rails and the simple centerpiece tip) are through Lining pieces screwed together, which also translates lengthways due to temperature fluctuations and braking should prevent.
  • HV fittings high-strength braced Fittings
  • the very high Manufacturing costs are primarily due to that instead of the standard rails normally used in the track and switches for the top solid rails of the respective rail profile be used.
  • both tips consisting of solid rails
  • both the main tip and the sample tip cutting in critical areas mostly up to half be milled off.
  • Cross sections to a simple centerpiece tip must be Area to be welded preheated to approx. 400 to 500 ° C so that no cracks when welding the high-carbon Rail steel arise. This temperature is during to keep the entire welding time. Usually it will but not kept at this level, so that it becomes Martensite formation in the welding area comes and the seams tear after a short time or the top rails break, which unfortunately is still very often the case today.
  • the transfer area of the bandage is often determined by the Wing rail to the tip or vice versa still tempered or also pearlized to reduce wear.
  • Tempering or pearlizing arise at the beginning and end area decarburization, resulting in lower strength this area lead to what in practice after a short time Commissioning for increased maintenance expenditure by the leads to so-called soft dents.
  • Both through the centerpiece blocks and through the wing rails are holes to be drilled, which is a high cost causes and on the other hand leads to rail breaks if the edges of the holes are not properly deburred.
  • the connecting the feed piece contact surfaces as free of play as possible with the tab chambers of the wing rails required high manufacturing costs.
  • the main culprit of the great Wear and the resulting relatively short lifespan is the much too great stiffness of the transfer area the wheel bandage from the wing rail to the tip and vice versa due to the too compact cross-section, i.e. the total moment of inertia around the X axis, the combination of wing rail, Centerpiece tip and the lining pieces.
  • the primary object of the invention is the heart of the improve the type mentioned in that at lower manufacturing and material costs a longer service life and greater availability of the centerpiece is reached in the operating track.
  • the invention is based on the knowledge that the three Main components, namely two wing rails and one Centerpiece tip with regard to its mass or its moment of inertia be completely decoupled from each other can, if you look at the chucks and their screw eliminated.
  • This not only makes each of the three main parts (two wing rails and a centerpiece tip) completely decoupled from the other parts, but by omitting the lining pieces and screw connections becomes additional mass saved and thereby further reduces the moment of inertia.
  • the relative location of these three main parts in a horizontal Direction becomes one by vertically rising ribs Ribbed plate ensures between which the main parts kept essentially free of play (within narrow tolerances) become.
  • the vertical elastic fixation of the three Main parts are made by elastic tension clamps, which three main parts only vertically in the plate area stretch elastic.
  • the width of the groove is determined by the ribs the ribbed plate and the corresponding processing the feet and heads of the wing splints and the centerpiece tip guaranteed.
  • the ribbed panels in turn are on sleepers attached, preferably screwed. Because everyone the three main parts are completely free from the others can deform elastically vertically in the first place the previously very high impact on the transition from Wheel bandage from the wing rail to the tip or vice versa greatly reduced, so that the previous crush wear on the rigid centerpiece tip and the wing rails significantly reduced, mostly even completely eliminated becomes.
  • they are the centerpiece tip forming rail parts over the entire length the centerpiece tip in the head and foot area with each other welded control rails.
  • the inner areas of the wing rails and both outer foot sides the centerpiece tip by means of elastic clamps or similar clamped, preferably clamping forces of 10-15 kN can be reached per tension point.
  • Another great advantage of the invention is that very simple and economical disposal of the centerpiece tip or one or both wing rails.
  • Another particular advantage of the invention lies in the easy height adjustment of the driving surfaces of the two Wing rails, but also the centerpiece tip as compensation for vertical wear and also for hiking protection.
  • the adaptation of those previously used in tracks and switches Tension clamps of the usual one in Germany, for example Type "SKL" is no problem.
  • the Support points of the tension clamps are essentially the same Height in contrast to the usual SKL clamps, at where the two support points are at different heights.
  • the inner bracing ribs are made narrower and higher - with the same load-bearing capacity - than the outer ribs in order to keep the rail foot widths as large as possible and the To be able to replace hook bolts if necessary without dismantling the rails.
  • This width is based on the standard width of the hook screws commonly used for SKL bracing, which is 24 mm, which results in a total width of 24 mm with an air gap of 1 mm on each side of the rib.
  • the ribbed plates are widened so that they do not bulge concavely when braced, and "pump" during operation, convexly pre-formed and made from high-strength fine-grain steel.
  • the foot For heavy duty switches, the foot should only be in the inner plate area be narrowed a little for half the width of the ribs. Because the length of the rib is forged from one piece and is welded to the base plate, the corresponding Foot areas only by a maximum length of 120 mm notched.
  • the centerpiece and wing rails are clamped (SKL) elastic vertically with the ribbed plates of the sleepers connected.
  • the previous block unit made of a rigid core and wing rails are thus broken down into individual rails.
  • Each of these rails has one for itself Self-elasticity, so that the subject of the invention from the vibration and damping behavior practically how a normal track rail behaves.
  • the previously used Lining pieces are eliminated, as are the previous screw connections.
  • the individual rails are easier to replace. Additional plastic intermediate layers can be retrofitted under the rails, with which the stepless height adjustment of the running surfaces is effected. The previous repair of the wing pieces by cladding is no longer necessary.
  • the bracing takes place vertically by means of tension clamps.
  • the individual rail feet have approx. 1 mm air to one side in the narrow area.
  • the ends of the two control rails, which go through the entire length of the centerpiece tip without welding butt and form the tip, are welded together in the shortest possible area on the head and foot. Welding processes such as gas pressure welding, CO 2 shielding gas welding, inductive pressure welding, electron beam welding or laser welding can be used here.
  • the centerpiece tip consists of two control rails like e.g. of the type UIC 60, which are in the area of the tips at their adjacent cutting head and foot areas adapted to the narrowing in the area of the tip geometry and on the head and foot of the tip thus formed by means of V longitudinal seams or other types of welded seams become.
  • the front area of the tip can also be made in one piece forged or cast molding and with the two frog tips welded together at the head and foot be welded.
  • each hiking protection side is divided into two parts executed with several contact surfaces in the longitudinal and Transverse direction, which is the longitudinal forces from the tip to the Transfer wing rail and vice versa. These forces are in the longitudinal direction, for example, about 600-800 kN. To bridge the height differences when the wing rail surfaces wear out be either additional or different thick liners under the wing rail feet used.
  • the two parts that belong together can be used for the purpose Height adjustment of the rails perpendicular to each other move.
  • a small The play between the contact surfaces can reduce transmittable longitudinal rail forces.
  • Also in Rail cross direction can move through contact surfaces be limited with movement play.
  • the comb-like parts of the hiking protection can also be trapezoidal.
  • Fig. 1 shows a plan view of a heart after the Invention.
  • the two control rails 4 and 5 together form the centerpiece tip 3 are up to the theoretical The focal point extended and in the front area welded to the head and foot as the centerpiece tip 3.
  • the frog tip 3 are also forming Track grooves 11 each have a wing rail 1 and 2 arranged.
  • the rail parts mentioned lie on ribbed plates 246-253 or 223 on (These numbers refer to those of nomenclature used by Deutsche Bahn AG).
  • the heart parts are like wing rails 1 and 2 and centerpiece tip 3 do not have Lining pieces and screw connections rigidly connected to each other, but are each by clamps 26, 27, 28 or 29 on the respective rib plate 246-253 and 223 vertically elastically tensioned.
  • the wing rails are in detail 1 and 2 on the outside in a conventional manner Clamps 26 clamped, these clamps for example conventional tension clamps of the type SKL 12 can.
  • each tip wing rail tension in the form of Clamps 28 are provided, which are on the one hand on the Foot of the wing rail and on the other hand on the foot of the Support the centerpiece tip.
  • the centerpiece in which the top rails in the larger Distance from each other is an internal peak tension in the form of a clamp 29 provided on the after on the inside facing feet of these two tips.
  • All rail components are therefore vertically elastic braced against the ribbed plates, but apart from each other decoupled.
  • Each of the three main parts (two Wing rails and a centerpiece tip) completely free swing from the remaining parts and move vertically and deform elastically horizontally. This is the impact hit at the transition of the wheel bandage from the wing rail to the centerpiece tip and vice versa by the existing one Individual elasticity greatly reduced, so that the previous one Pinch wear practically no longer occurs.
  • a hiking protection 30 is provided here is arranged between the rib plates 250 and 251, alternatively, however, also between the rib plates 249 and 250 can be arranged.
  • the hiking protection 30 is in In connection with FIGS. 8 to 14 explained in more detail.
  • the hiking protection works only in the longitudinal direction of the rail, so avoid one vertical coupling of the main components, so that also in the area of inertia is not increased in this area.
  • This Hiking protection 30 is on the webs of the frog tip 3 and the respective wing rail 1 or 2 screwed. Accordingly, these wing rails or the tip in this area bores 31 and 32, respectively, which are shown in FIG are recognizable.
  • Fig. 2 shows a side view of the frog tip 3 with the milled tip area 6.
  • Fig. 2 shows a side view of the frog tip 3 with the milled tip area 6.
  • Fig. 3 shows a side view of the wing rail 1, wherein 1, 2 and 3 with respect to the relative Position of the main parts in the longitudinal direction of the rail are shown aligned.
  • the wing rail 1 in the area between the two points 35 compared to the ride height of the Centerpiece tip is slightly elevated, accordingly the taper of the wheel bandages, so that the wheel at the transition from the centerpiece tip to the wing rail and vice versa is neither lowered nor raised.
  • the SO height (rail surface) the wing rail is through the thinner line 36 shown between points 35 compared to the Driving surface 37 of the wing rail is flat (horizontal).
  • Fig. 4 shows a section along the line A-A on the plate 249 of FIG. 1.
  • the frog tip points in this area 3 still largely up to their full height and still wearing part of the wheel load.
  • the two continuous tip rails 4 and 5 are welded together at the head and foot by means of CO 2 protective gas welding.
  • Rib plate 249 has two vertically raised ribs 39a and 39b and two side, lower than that Ribs 40 and 41.
  • the distance between the ribs 40 and 39a or 39b and 41 corresponds to that at this point existing width of the foot 16 of the wing rails 1 and 2, at most a very small game of maximum 0.5-1 mm is present, so that the foot 16 of the two Wing rails 1 and 2 between the respective ribs 40 and 39a or 41 and 39b in the direction transverse to the longitudinal axis of the rail is fixed.
  • the two wing rails 1 and 2 stand on intermediate layers 42 which have a thickness of, for example Have 9 mm and are preferably made of elastic material.
  • the two inner feet of the wing rails become wise 1 and 2 by an inner wing rail bracing 28 stretched against the ribbed plate 249, with the middle Ribs 39a and 39b also have a hook screw with nut 45 is attached, via which the clamping clamps 28 by means of the nut 45 and a washer 46 is clamped.
  • the tension clamp 27 lies on the two feet 16 and 49 the respective wing rail and the centerpiece tip essentially at the same level.
  • Fig. 4 From Fig. 4 it can also be clearly seen that the two Wing rails 1 and 2 in the vertical direction completely are decoupled from each other and thus free from each other can swing or bend elastically.
  • the outer tension clamps 26 are conventional Clamping elements such as those used by Deutsche Bahn AG can be used under the name SKL 12.
  • the Tension clamps 28 for the inner bracing has in the Top view of Fig. 5 is essentially the same shape as the clamping clamp 26. In the cross section of FIG. 4 differs however, it is characterized by the fact that both sides are on essentially the same height on the inner rail feet 16 of the two wing rails and the centerpiece tip lie on.
  • FIG. 5 shows a corresponding top view of the area the ribbed plate 249.
  • the ribbed plate has four Ribs analogous to plate 248, i.e. the two outer ones lower ribs 40 and 41 and the two inner, higher ones Ribs 39a and 39b.
  • the two forming the centerpiece tip 3 Top rails, i.e. control rails 4 and 5, are welded together on the head and foot and have feet 49 pointing outwards, on which inner wing tip rail tension that are supported here are also designed as tension clamps, different from the However, clamps 28 differ in that the support is lower on the feet 49 of the centerpiece tip 3 than the support on the feet 16 of the wing rails 1 and 2.
  • the Rib plate here has a total of five ribs, namely the two outer ribs 40 and 41, the two ribs for the wing tip rail bracing 39a and 39b as well a central rib 52 that is between the tip rail 4 and the top rail 5 and these two top parts holds at a distance from each other transversely to the longitudinal direction of the rail.
  • the tension clamps for the inner Wing tip rail bracing 28 designed so that they have the same support height on both sides. It can in principle use the same clamps be, as with the inner wing rail tensioning Fig. 4 and 5. It should also be noted that the two Wing rails in the subject matter of the invention already after Plate 251 ends as is known in the art only end behind plate 253. The shortening was due to the much greater horizontal elasticity of the two wing rails only braced at the base.
  • FIG. 7 shows a top view of the section of FIG. 6.
  • the transition area from the welded Part of the centerpiece tip 3 (weld 51) to the Control rails 4 and 5 can be seen as well as the narrower rib 52.
  • the hiking protection 30 shows a first variant of the hiking protection 30 with five screws (see Fig. 1) in the plan view below Omission of the top and wing rail heads, which in the Area of the centerpiece tip between the rib plates 250 and 251 lies in an area in which the two Tip rails already welded together at the head and foot are.
  • the hiking protection 30 consists of two pairs of hiking protection elements 57 and 58, of which the exterior with the Wing rail 1 or 2 and the interior 58 on the associated Centerpiece tip 3 is clamped.
  • the attachment takes place preferably by means of HV screws 59 through the bore 32 (Fig. 3) of the wing rail go through as well Screws 60 through holes 31 of the two top rails Go through 4 and 5.
  • Both hiking protection elements 57 and 58 of a pair each have one in the tab chamber 18 the wing rails 1 and 2 or the tab chamber 61 of the Tip rails 4 and 5 protrude parallel to base 62 of the respective web of the rail or 63, by the assigned screw 59 or 60 into the tab chamber and against the web of the rail is tense.
  • each hiking protection element 57 and 58 perpendicular to the longitudinal axis of the rail horizontally from stop elements 64 projecting from the base body 62 or 63 and 65 on, in the longitudinal direction against each other are offset so that the stop elements 64 and 65 one Couple 57, 58 intermesh like a comb and thus in the longitudinal direction of the rail Stops against a relative longitudinal displacement of the adjacent rails 1.4 and 5.2 form.
  • the stop elements are accordingly shaped so that when Lay the rails in the track first the top rails 4 and 5 with screwed-on hiking protection elements 58 the ribbed plates are put on and then the wing rails with the screwed-on hiking protection elements 57 be lowered vertically from above, then the Interlocking stop elements 57 and 58 intermesh and the relative orientation of the rails in their longitudinal direction to ensure.
  • the stop elements 64 or 65 of the respective hiking protection elements 57 and 58 form how 9, one to the opposite rail open pot 73 to insert the screw 59 and the To ensure the inclusion of the screw head.
  • the stop elements As best in the left part of Fig. 8 and above all Fig. 9 can be seen, vertical wall sections G7 and 68, which mesh and therefore a stop in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the rail in the y direction form. These vertical wall sections 67 and 68 run only about half of that perpendicular to the longitudinal axis of the rail measured length of the stop elements 64 and 65 and begin at the free end of the stop elements. The run on the vertical connected to the control rails 4 and 5 Stop elements 67 from bottom to top, i.e.
  • the adjacent rails 1 and 4 and 5 and 2 connected to one another via the hiking protection elements there is no rigid coupling such as like with the conventional feed pieces, but the Rail parts can each independently bend vertically, move or swing and are thus regarding the moment of inertia in the vertical direction completely decoupled from each other, especially the arrangement with their main mass near the neutral x-axis is provided.
  • Each hiking protection element 57 and 58 has stops 64 and 65, which have recesses 75 between them, which pick up opposite stop 64 or 65, so that the hiking protection elements intermesh like a comb.
  • Stops 64 and 65 have a cylindrical opening 73, in the bottom of a bore 74 for the passage of the Fastening screw is present.
  • the two ends Stops of each hiking protection element 57 and 58 are vertical extending legs 67 and 68, which also interlock (see section a-a), whereby the wing rail and the centerpiece tip also in the direction transverse to the longitudinal axis of the rail, i.e.
  • Fig. 12 shows a variant of hiking protection with each three screws in a cut top view.
  • the hiking protection from two pairs of hiking protection elements 57 and 58 of which the outer 57 by means of three screws to the web of the wing rail 1 or 2 and the inner 58 also by means of three screws 60 on the webs 4 and 5 of the control rails forming the frog tip braced is.
  • the webs mentioned each have holes for receiving of the screws.
  • the one attached to the wing rail 1 or 2 Hiking protection element 57 has two in the longitudinal direction of the rail offset teeth 93 and 94, while the traveling protection element attached to the control rail 4 58 two pairs of teeth 95, 96 and 97, 98 has the tooth 93 or 94 between them take up. 12 are the Teeth 93 and 94 in plan view trapezoidal with widened Root of the teeth, causing the teeth greater forces be able to record. The gap between teeth 95 and 96 or 97 and 98 is correspondingly trapezoidal, so that the hiking protection elements with little play (2-3 mm) into each other to grab.
  • Fig. 13 differs from that of Fig. 12 in that the teeth 93-98 in plan view have a rectangular profile, which is why the hooks are omitted.
  • FIGS. 15a and 15b As from the sectional views of FIGS. 15a and 15b is recognizable are the individual teeth of a hiking protection element connected by webs 99 and 100, these webs are parallel to the driving level and are arranged offset to each other.
  • Fig. 15c shows a cross section of the hooks which have the transverse forces take up.
  • Fig. 14 illustrates as a section along the line I-I in Fig. 13 again the comb-like meshing of the Teeth 93-98 and the bridges 99 and 100.
  • FIG. 16 shows a top view
  • FIG. 17 shows a cross section a ribbed plate, as used in the invention is coming.
  • the embodiment shown here with four Ribs comes for the ribbed plates 250 and 251 of FIG. 1 in question, it being pointed out that in FIGS. 12 and 15 the ribs parallel to each other and at right angles to the edge of the ribbed plate while it is in the Practice (see Fig. 1) of course at an acute angle, under which the rails run must be aligned.
  • the ribbed plate consists of an elongated, rectangular one flat plate 83, from the top of which the ribs 40, 39a, 39b and 41 protrude vertically.
  • the distance between the opposite surfaces of the ribs 40 and 39a as well 39b and 41 correspond to half the width of the foot outside, inside the shortened foot of the wing rails and the distance between the opposite sides of the ribs 39a and 39b corresponds to the adjusted width of the foot of the two welded centerpiece top rails.
  • They have further Rib plates have a bore 85 on each side which fastening screws (e.g. wooden sleeper screws 33 in Fig. 1 or push-through screws for concrete sleepers) inserted with the threshold for fastening can be.
  • Ribs 40 and 41 on the one hand and 39a, 39b on the other hand have different heights and carry different ones Height of the support points of the tension clamps.
  • Ribs have a cuboid body and are on the Plate 83 fixed, be it by welding or by a hole weld, for example by short cylindrical Pins 86, forged on the ribs, in Bores of the plate 83 are used.
  • FIG. 20 shows a cross section of two the frog tip forming control rails before "open” welding.
  • the cut is approximately between the rib plates 249 and 250 of FIG. 1.
  • the ones to be welded together Tip rails 4 and 5 are on each other facing surfaces of the rail head 15, the foot 16 and of the web 17 preprocessed, the rails here only on surfaces 52 in the head area and 53 in the foot area with one another be welded.
  • FIG. 20 and 21 is a so-called open Welding, in which those to be welded together Areas 52-52 and 53-53 a horizontal distance have in which an acetylene oxygen burner or an inductive heater 54 or 54 'is arranged for heating is.
  • 21 shows the frog tip after welding at the foot through the weld seam 56 and at the head through the Weld 55.
  • 22 and 23 show a representation similar to 20 and 21, however, for a closed pressure welding.
  • the seams to be welded can have a considerable length of 1-2 m or even longer. Despite this length, press-welded seams show an excellent material quality, since no additional welding material is used and the critical additional preheating is practically eliminated, as is otherwise the case with welding by means of CO 2 inert gas welding according to the prior art.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Herzstück für Weichen und Kreuzungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Herzstück ist aus der EP 0 282 796 bekannt. Dort werden, wie auch sonst bei allen bekannten Herzstücken, die Flügelschienen durch Futterstücke im Abstand von der Herzstückspitze gehalten, um die Breite der Spurkranzrille sicherzustellen. Um bei diesem Herzstück eine gewisse Elastizität der einzelnen Komponenten zu gewährleisten, ist das Herzstück von einer Hülse mit Spiel durchsetzt, wobei diese Hülse beidseitig durch Abstandselemente an Futterstücken abgestützt ist, die ihrerseits in Laschenkammern der Flügelschienen liegen. Die Flügelschienen sind durch einen Bolzen, die Futterstücke, die Abstandselemente und die Hülse miteinander verspannt und bilden somit gemeinsam eine starre Einheit. Lediglich die Herzstückspitze kann sich gegenüber den beiden Flügelschienen horizontal und vertikal innerhalb des vorgegebenen Spiels bewegen. Die beiden Flügelschienen und die Herzstückspitze liegen auf einer Rippenplatte auf, die vertikal hochstehende Rippen aufweist, welche als Anschläge für die Füße der Flügelschienen bzw. der Herzstückspitze für horizontale Bewegung dienen und aufgrund des horizontal vorgegebenen Spiels eine gewollte horizontale Beweglichkeit zulassen.
Die WO 94/02683 zeigt ein Herzstück, das aus zwei unverschweißten Schienenabschnitten zusammengesetzt ist und über Futterstücke und einen die Stege der Flügelschienen und das Herzstück durchsetzenden Bolzen miteinander verschraubt sind. Um die beiden unverschweißten Schienenteile der Herzstückspitze zueinander in definierter Lage zu halten, sind die Schienenabschnitte des Herzstückes von einer Hülse spielfrei durchsetzt oder die zueinander weisenden Flächen der Herzstückabschnitte sind durch eine Profilierung wzb. eine in Längsrichtung verlaufende Verzahnung, deren Zahnflanken spielfrei aneinander liegen, miteinander gekoppelt.
Ein Herzstück ähnlich der EP 0 282 796 ist auch aus der EP 0 281 880 B1 und der DE 37 08 233 A1 bekannt.
Allgemein sind einfache, starre Herzstücke in Weichen an den Stellen angeordnet, an denen der innenliegende Spurkranz der Räder die beiden Fahrflächen im Kreuzungsbereich zum problemlosen Durchfahren durchschneidet. Die Radbandagen sind so breit, daß diese die Rillenbreite und die gerade noch tragfähige Spitzenbreite der Herzstückspitze überdecken. Bei diesem freien Durchlaufen des Spurkranzes muß die Radbandage, die die Radlast überträgt, den Überlauf sich kreuzender Fahrflächen ohne Zerstörung der schmalen Herzstückspitze problemlos ermöglichen.
Die aus Schienen zusammengesetzten starren einfachen Herzstücke mit den drei Hauptteilen (d.h. die beiden Flügelschienen und die einfache Herzstückspitze) sind durch Futterstücke miteinander verschraubt, was auch das Längsverschieben aufgrund von Temperaturschwankungen und Bremsung verhindern soll. Diese heute als HV-Verschraubungen (hochfest-verspannte Verschraubungen) ausgeführten Verschraubungen der starren einfachen Herzstücke weisen neben den sehr hohen Herstell- und Unterhaltskosten noch weitere wesentliche technische Mängel auf, die sich insbesondere auf die Lebensdauer sehr nachteilig auswirken. Die sehr hohen Herstellkosten sind in erster Linie darauf zurückzuführen, daß statt der sonst im Gleis und in Weichen üblichen Regelschienen für die Spitze Vollschienen des jeweiligen Schienenprofils verwendet werden. Um den Schweißquerschnitt der beiden aus Vollschienen bestehenden Spitzen verschweißen zu können, muß sowohl die Hauptspitze als auch die Beispitze spanabhebend, im kritischen Bereich meistens bis zur Hälfte abgefräst werden. Vor dem Verschweißen dieser beiden Querschnitte zu einer einfachen Herzstückspitze muß der zu verschweißende Bereich auf ca. 400 bis 500°C vorgewärmt werden, damit keine Risse beim Schweißen des hochgekohlten Schienenstahls entstehen. Diese Temperatur ist während der gesamten Schweißdauer zu halten. Meistens wird sie aber nicht in dieser Höhe gehalten, so daß es zur Martensitbildung im Schweißbereich kommt und die Nähte schon nach kurzer Zeit reißen bzw. die Spitzenschienen brechen, was heute leider noch sehr oft der Fall ist.
Zudem wird oft der Übergabebereich der Bandage von der Flügelschiene zur Spitze oder umgekehrt noch vergütet oder auch perlitisiert, um den Verschleiß zu reduzieren. Beim Vergüten oder Perlitisieren entstehen aber an den Anfangs- und Endbereich Entkohlungen, die zu geringerer Festigkeit dieses Bereiches führen, was in der Praxis schon nach kurzer Inbetriebnahme zu erhöhtem Unterhaltungsaufwand durch die sogenannten Weichdellen führt.
Aus der DE 33 39 442 C1 ist es auch bekannt, die Herzstückspitze im Bereich des größten Verschleißes, insbesondere also im Anfangsbereich mit einer Ausnehmung zu versehen, in die ein Herzstückspitzeneinsatz aus Mangan-Hartstahl fest eingesetzt wird. Der Mangan-Hartstahl wird durch einen Preßsitz gehalten, der durch ein Tieftemperaturschrumpfverfahren hergestellt wird. Dieses Verfahren verlängert zwar die Lebensdauer der Herzstückspitze, ist aber sehr aufwendig und teuer und schafft eine praktisch unelastische Herzstückspitze.
Sowohl durch die Herzstückblöcke als auch durch die Flügelschienen sind Löcher zu bohren, was einmal hohe Kosten verursacht und zum anderen zu Schienenbrüchen führt, wenn die Lochränder nicht ordnungsgemäß entgratet werden. Das möglichst spielfreie Verbinden der Futterstückanlageflächen mit den Laschenkammern der Flügelschienen erfordert hohe Herstellkosten. Der Hauptverursacher des großen Verschleißes und der dadurch relativ kurzen Lebensdauer ist die viel zu große Steifigkeit des Übergabebereiches der Radbandage von der Flügelschiene zur Spitze und umgekehrt aufgrund des zu kompakten Querschnitts, also des Gesamtträgheitsmomentes um die X-Achse, der Kombination aus Flügelschiene, Herzstückspitze und den Futterstücken. In der EP 0 282 796 wurde zwar schon erkannt, daß diese Probleme durch eine größere Elastizität als bisher gelöst werden können, d.h. durch eine relative vertikale Verschiebbarkeit zwischen Herzstückspitze und Flügelschiene, um so nur geringe Kräfte im schwachen Bereich der Herzstückspitze und hohe Kräfte in Bereichen größeren Schienenquerschnittes abfangen zu können. Dadurch, daß beide Flügelschienen nach wie vor starr über die Herzstückspitze miteinander gekoppelt sind, ist deren Trägheitsmoment nach wie vor relativ hoch. Weiter ist die Herzstückspitze dort zur Erzielung einer Biegestabfunktion wie ein Kragarm gelagert, d.h. ihr freies Ende kann vertikal ausgelenkt werden, während der hintere Bereich starr fixiert ist. Damit wird der vordere Bereich der Herzstückspitze beim Befahren nach unten durchgebogen und die Fahrfläche im Bereich der Fixierung auf Zug beansprucht wird, was schon nach kurzer Betriebsdauer zu Schienenbrüchen führte.
Vergleicht man die Trägheit, d.h. das Trägheitsmoment des Übergabebereiches von zwei Flügelschienen, zwei Futterstücken und ggf. auch noch der Vollschienenspitze, so kann man leicht feststellen, daß ein solcher Übergabebereich wie ein starrer Block wirkt, der durch seine Steifigkeit Verquetschungen im Auftreffbereich verursacht. Berücksichtigt man noch, daß Eisenbahnräder nie genau rund sind, was eventuell durch die hohe Steifigkeit des Auftreffpunktes bei spitz befahrenen oder auch stumpf befahrenen einfachen Herzstücken verursacht wird, so wird klar, daß hierin eine weitere große Verschleißursache liegt. Um diesen vertikalen Quetschverschleiß an der Herzstückspitze und den Flügelschienen im Betrieb eliminieren zu können, werden in der Praxis im Gleis sowohl die Spitzen- als auch die Flügelschienen auftragsgeschweißt. Oft wird diese Auftragsschweißung nicht fachgerecht durchgeführt, insbesondere wenn nicht hoch genug vorgewärmt wird, so daß das Herzstück schon nach kurzer Liegedauer durch Martensitbildung bricht und deshalb oft ersetzt werden muß.
Auch die horizontale Steifigkeit, die durch das sehr hohe Trägheitsmoment des gesamten Herzstückes um die y-Achse einem Vielfachen einer einfachen Schiene entspricht, beansprucht die Radlenker über Gebühr. Eigentlich sollte zur Reduktion des Verschleißes am Radlenker die Flügelschiene insbesondere beim Anfahren mit dem Radrücken eines Rades horizontal elastisch ausgebildet sein.
Spurführungstechnisch haben die heutigen Herzstücke darin den größten Mangel, daß die Flügelschienen nicht entsprechend der Konizität der Laufbandagenform überhöht sind. Dadurch wird beim Spitzbefahren die Achse des Radsatzes bei gleich hohen Flügelschienen beträchtlich vertikal abgesenkt und dabei stark vertikal beschleunigt. Dabei wandert der Radaufstandspunkt der Radbandage weiter von der Fahrkante weg zu kleineren Durchmessern der Bandage, was eine wesentlich kleinere Umfangsgeschwindigkeit des herzstückseitigen Rades zur Folge hat, während das bogeninnere Rad eines Radsatzes durch das Hinziehen zum Radlenker des Radsatzes auf einem größeren Durchmesser des Radaufstandspunktes läuft. Diese Phänomen kann man auch als paradox bezeichnen, da das im Bogen außen laufende Rad auf einem wesentlich kleineren Durchmesser als das auf der Bogeninnenseite laufende Rad läuft, hervorgerufen durch den Radlenker.
Da die heutige Herzstückspitze entgegen der Laufrichtung beim Spitzbefahren in eine spitz abfallende Fahrfläche abgesenkt ist, wird der Radsatz beim Übergang von der Flügelschiene auf die starre Herzstückspitze neben dem plötzlichen Wechsel vom kleinen Durchmesser des Radaufstandspunktes auf den größeren, d.h. zu wesentlich größeren Umfangsgeschwindigkeiten auch noch entgegengesetzt zur bisherigen Beschleunigungsrichtung, nämlich nicht nach unten, sondern entgegengesetzt schräg nach oben "katapultiert". Dies ist sowohl für den Radsatz als auch für den Auftreffpunkt auf der starren Herzstückspitze der Grund zu plastischen Verquetschungen der Fahrfläche der Spitze und wahrscheinlich auch der Grund zum Unrundwerden der Radbandagen.
Was die Elastizität der bisherigen Herzstückkonstruktion betrifft, kann man sagen, daß auch das seit über 100 Jahren verwendete, meistens aus Manganhartstahl gegossene Herzstück, aber auch das verschraubte Herzstück, praktisch wie ein steifer Klotz, also wie ein Fremdkörper, in der Weiche liegt. Eine ungefähr adäquate elastische Konstruktion, die sich an der Elastizität der Regelschiene orientieren sollte, gibt es nicht. Meistens liegt bei verschraubten Herzstücken der Überleitbereich noch auf einer Schwelle, was die Steifigkeit weiter erhöht. Dazu sind in diesem Bereich auch noch die Futterstücke angeordnet, so daß das Trägheitsmoment um die X-Achse, das für die elastische vertikale Durchbiegung der Herzstückspitze maßgebend ist, im Auftreffquerschnitt etwa mehr als das Fünffache einer Regelschiene beträgt. Ähnlich oder noch schlimmer verhält es sich beim Überlauf von der Flügelschiene zur Herzstückspitze bei gegossenen Herzstücken und noch schlimmer ist dies bei Blockherzstücken der Fall, weil dort das Trägheitsmoment nicht nur das Fünffache, sondern oft mehr als das Zehnfache einer normalen Regelschiene beträgt.
All die vorerwähnten Mängel und Nachteile der bis heute bekannten einfachen starren Herzstücke sind hauptsächlich:
  • zu große vertikale und horizontale Steifigkeit, also zu geringe Vertikal- und Horizontal-Elastizität;
  • sehr große Materialverschwendung;
  • Verschwendung von Resourcen;
  • zu geringe Verfügbarkeit von starren Herzstücken;
  • zu hohe Unterhaltskosten;
  • zu hohe Neupreise;
  • keine einfach zu korrigierende Überhöhung;
  • unsachgemäße Verbindungs- und Auftragsschweißungen
und vieles andere mehr wird durch die vorliegende Erfindung vermieden.
Primäre Aufgabe der Erfindung ist es, das Herzstück der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringerem Herstell- und Materialaufwand eine längere Lebensdauer und eine größere Verfügbarkeit des Herzstückes im Betriebsgleis erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die drei Hauptkomponenten, nämlich zwei Flügelschienen und eine Herzstückspitze hinsichtlich ihrer Masse bzw. ihres Trägheitsmomentes vollständig voneinander entkoppelt werden können, wenn man die Futterstücke und deren Verschraubung eliminiert. Dadurch ist nicht nur jedes der drei Hauptteile (zwei Flügelschienen und eine Herzstückspitze) vollständig von den übrigen Teilen entkoppelt, sondern durch Fortlassen der Futterstücke und Verschraubungen wird zusätzliche Masse eingespart und dadurch das Trägheitsmoment weiter verringert. Die relative Lage dieser drei Hauptteile in horizontaler Richtung wird durch vertikal hochstehende Rippen einer Rippenplatte sichergestellt, zwischen denen die Hauptteile im wesentlichen spielfrei (in engen Toleranzen) gehalten werden. Die vertikale elastische Fixierung der drei Hauptteile erfolgt durch elastische Spannklemmen, die die drei Hauptteile lediglich im Plattenbereich vertikal elastisch verspannen. Die Rillenbreite wird durch die Rippen der Rippenplatte sowie durch die entsprechende Bearbeitung der Füße und Köpfe der Flügelschienen und der Herzstückspitze gewährleistet. Die Rippenplatten ihrerseits sind an Schwellen befestigt, vorzugsweise verschraubt. Dadurch, daß jeder der drei Hauptteile sich vollkommen frei von den anderen in erster Linie elastisch vertikal verformen kann, wird der bisher sehr hohe Auftreffstoß beim Übergang der Radbandage von der Flügelschiene zur Spitze oder umgekehrt stark reduziert, so daß der bisherige Quetschverschleiß an der starren Herzstückspitze und den Flügelschienen wesentlich reduziert, meistens sogar vollkommen eliminiert wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die die Herzstückspitze bildenden Schienenteile über die gesamte Länge der Herzstückspitze aus im Kopf- und Fußbereich miteinander verschweißten Regelschienen gebildet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem jeweiligen Fuß der Flügelschienen bzw. der Herzstückspitze und der Auflagefläche auf den Rippenplatten eine besonders elastische Zwischenlage eingefügt. Dadurch kann jeder der drei Hauptteile für sich mit einer entsprechenden Eigenfrequenz schwingen, was die Elastizität erhöht und dadurch den Fahrkomfort verbessert und die Lebensdauer wesentlich verlängert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zu diesen elastischen Zwischenlagen zusätzliche verschieden dicke Zwischenlagen möglich. Dadurch kann man durch zusätzliches Einfügen von diesen Zwischenlagen mit einer bestimmten Dicke unter dem jeweiligen Fußbereich der Flügelschiene oder der Herzstückspitze problemlos die gewünschte größere Höhe der Überlauffläche sehr exakt einstellen. Auch ein aufgetretener Verschleiß kann dadurch ausgeglichen werden, ohne daß eine Auftragsschweißung mit anschließender Reprofilierung der Fahrfläche im Bereich der Auftragsschweißung vorgenommen werden muß. Hierdurch wird der Unterhaltungsaufwand wesentlich reduziert und vor allem wird die Verfügbarkeit des Erfindungsgegenstandes nahezu auf 100 % der Liegezeit im Betriebsgleis angehoben.
Nach dem Stand der Technik wurden bisher lediglich die Außenfußbereiche der Flügelschienen durch Spannklemmen oder auch anderen Verspannungselementen gegenüber den Rippenplatten vertikal elastisch verspannt, wobei die Spannkräfte pro Verspannungsseite maximal 10-15 kN betragen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden nun auch die Innenbereiche der Flügelschienen und beide Außenfußseiten der Herzstückspitze durch elastische Spannklemmen o.ä. verspannt, wobei vorzugsweise Spannkräfte von 10-15 kN pro Verspannungspunkt erreicht werden. Damit werden die drei Bereiche: Herzstückspitze und zwei Flügelschienen für sich allein so hoch verspannt, wie früher das gesamte starre Herzstück. Aufgrund dieses Vorteiles kann der notwendige Wanderschutz, der eine relative Verschiebung der Flügelschienen und der Herzstückspitze in Schienenlängsrichtung verhindern soll, wesentlich wirtschaftlicher und auch leichter ausfallen. Ein solcher Wanderschutz ist in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben.
Bei einem totalen Verschleiß oder Bruch einer Flügelschiene und/oder der Herzstückspitze kann jedes dieser Einzelteile leicht und schnell für sich allein ausgewechselt werden, was die Verfügbarkeit des Erfindungsgegenstandes im Betriebsgleis wesentlich erhöht.
Die bisherige Liegedauer von starren, stark belasteten, einfachen Herzstücken liegt erfahrungsgemäß je nach Belastung bei 3 bis 4 Jahren,teilweise auch etwas höher. Bei der Erfindung wird die Liegezeit wesentlich erhöht, da es weder in der Konstruktion noch im Verschweißen der beiden die Herzstückspitze bildenden Spitzenschienen Schwachstellen gibt, so daß demgegenüber der Gesamtpreis einer Neuanschaffung gegenüber dem heutigen Zustand vollkommen in den Hintergrund tritt.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung liegt in der sehr einfachen und wirtschaftlichen Entsorgung der Herzstückspitze oder auch einer oder beider Flügelschienen.
Rangieranlagen, die meistens aus wirtschaftlichen Gründen starre einfache Herzstücke aufweisen, liegen oft in der Nähe von Wohnsiedlungen. Durch die vollkommen elastisch gelagerten Stützpunkte der Flügelschienen und der Herzstückspitze wird erreicht, daß die Schallemission stark reduziert wird.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt in der leichten Höhenverstellbarkeit der Fahrflächen der beiden Flügelschienen, aber auch der Herzstückspitze als Ausgleich zum vertikalen Verschleiß und auch des Wanderschutzes. Die Anpassung der bisher in Gleisen und Weichen verwendeten Spannklemmen des beispielsweise in Deutschland üblichen Typs "SKL" ist problemlos. Bei der Erfindung liegen die Auflagepunkte der Spannklemmen im wesentlichen auf gleicher Höhe im Gegensatz zu den üblichen SKL-Spannklemmen, bei denen die beiden Auflagepunkte verschieden hoch liegen. Um die Führungskraft insbesondere bei der Bogenfahrt zwischen den beiden Flügelschienen und den beiden Spitzenschienen aber auch zwischen der Herzstückspitze und den beiden Flügeln zu reduzieren, werden die drei Hauptkomponenten im Bereich der jeweiligen Stützpunkte vertikal elastisch mit leicht abgeänderten Spannklemmen verspannt. Da sowohl zwischen den beiden Flügelschienen, den beiden Spitzenschienen und auch zwischen den beiden Flügelschienen und der Herzstückspitze im wesentlichen gleich hohe Fußbereiche vorhanden sind, werden die bekannten Spannklemmen so abgeändert, daß die beiden Auflagebereiche auf gleicher Höhe liegen. Damit entfallen die teuren, die Starrheit des Herzstückes wesentlich erhöhenden Futterstücke.
Um ein Herzstück nach der Erfindung in kürzester Zeit auf einer Baustelle einbauen zu können, wird das Herzstück fertig montiert mit den zugehörigen Rippenplatten versehen auf der Baustelle angeliefert. Hierdurch kann ein in allen Belangen optimiertes einfaches, starres Herzstück problemlos in kürzester Zeit eingebaut werden. Ersatzteile wie die beiden Flügelschienen und die Herzstückspitzen können auf Lager gehalten werden, so daß innerhalb kürzester Zeit ohne größere Lagerhaltung eine nahezu hundertprozentige Verfügbarkeit des Erfindungsgegenstandes für den Eisenbahnbetrieb gegeben ist.
Zu den vertikal-elastischen Verspannungen der einzelnen Stützpunktbereiche ist anzumerken:
Um die Fußbreite der beiden Flügelschienen (innen) aber auch der Herzstückspitze (außen) so breit wie möglich zu halten, werden die inneren Verspannungsrippen schmäler und höher - bei gleicher Tragfähigkeit - als die äußeren Rippen ausgeführt, um die Schienenfußbreiten möglichst groß zu halten und die Hakenschrauben auch ohne Demontage der Schienen bei Bedarf auswechseln zu können. Diese Breite richtet sich nach der Normbreite der üblichen bei SKL-Verspannung verwendeten Hakenschrauben, die 24 mm beträgt, was bei einem Luftspalt von je 1 mm auf jeder Seite der Rippe eine Gesamtbreite von 24 mm ergibt. Da die Standsicherheit der Herzstückspitze allein von der Breite des Schienenfußes im Plattenbereich abhängt, werden die Rippenplatten verbreitert, damit diese sich beim Verspannen nicht konkav wölben, und im Betrieb "pumpen", konvex vorgeformt und aus Feinkornstahl höherer Festigkeit hergestellt.
Für Schwerlastweichen sollte der Fuß nur im inneren Plattenbereich für die halbe Rippenbreite etwas verschmälert werden. Da die Länge der Rippe aus einem Stück geschmiedet und mit der Grundplatte verschweißt wird, werden die entsprechenden Fußbereiche nur um eine Länge von maximal 120 mm ausgeklinkt.
Für gering beanspruchte Herzstücke (wie z.B. Nahverkehr) können die beiden Füße entsprechend der anteiligen Rippenbreite über ihre Gesamtlänge abgehobelt oder abgefräst werden, was eine preisgünstige Herstellung bedeutet.
Die wichtigsten Aspekte und Vorteile der Erfindung werden noch einmal wie folgt zusammengefaßt:
Herzstück und Flügelschienen werden durch Spannklemmen (SKL) elastisch vertikal mit den Rippenplatten der Schwellen verbunden. Die bisherige Block-Einheit aus starrem Herzstück und Flügelschienen ist somit in einzelne Schienen aufgelöst. Diese einzelnen Schienen haben jeweils für sich eine Eigenelastizität, so daß sich der Erfindungsgegenstand vom Schwingungs- und Dämpfungsverhalten her praktisch wie eine normale Gleisschiene verhält. Die bisher verwendeten Futterstücke entfallen, ebenso wie die bisherigen Verschraubungen.
Die einzelnen Schienen sind leichter auswechselbar. Unter den Schienen können zusätzliche Kunststoffzwischenlagen nachträglich eingebaut werden, mit denen die stufenlose Höhenverstellung der Fahrflächen bewirkt wird. Das bisherige Reparieren der Flügelstücke durch Auftragsschweißen entfällt. Die Verspannung erfolgt vertikal durch Spannklemmen. Die einzelnen Schienenfüße haben im Engstellenbereich seitlich ca. 1 mm Luft gegeneinander. Die Enden der beiden Regelschienen, die über die gesamte Länge der Herzstückspitze ohne Schweißstoß durchgehen und die Spitze bilden, sind auf einem möglichst kurzen Bereich miteinander am Kopf und am Fuß verschweißt. Hier kommen Schweißverfahren wie Gaspreßschweißen, CO2-Schutzgasschweißen, Induktivpreßschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Laserschweißen in Frage.
Im Radübergangsbereich von der Spitze zur Flügelschiene und umgekehrt wird Letztere so überhöht, daß die Höhendifferenz des heutigen konischen Radreifenprofils ausgeglichen wird.
Die Herzstückspitze besteht aus zwei Regelschienen wie z.B. des Typs UIC 60, die im Bereich der Spitzen an ihren anliegenden Kopf- und Fußbereichen spanabhebend entsprechend der Verschmälerung im Bereich der Spitzengeometrie angepaßt und an Kopf und Fuß der so gebildeten Spitze mittels V-Längsnähten oder anderen Ausführungsarten von Nähten verschweißt werden.
Der vordere Bereich der Spitze kann auch einteilig als geschmiedetes oder gegossenes Formstück hergestellt und mit den beiden an Kopf und Fuß zusammengeschweißten Herzstückspitzen verschweißt werden.
Da auf die Flügelschiene und die Herzstückspitze durch Temperatur und Bremseinwirkung große Kräfte in Längsrichtung wirken, muß ein sogenannter Wanderschutz zwischen diesen drei Hauptteilen vorgesehen werden, der ein Längswandern mit Relativverschiebung zwischen Herzstückspitze und Flügelschienen vermeidet. Dieser Wanderschutz wird möglichst nah am Radübergang eingebaut mit dem besonderen Merkmal, daß jeder Steg der Flügelschienen und der Herzstückspitze einzeln mit Wanderschutzteilen hochfest verschraubt ist.
Das Einstellen verschiedener Flügelschienenhöhen ist notwendig um den Verschleiß der Schienenköpfe der Flügelschienen insbesondere im Radübergangsbereich auszugleichen. Zwischen Schrauben und den vergrößerten Bohrungen in den Schienenstegen für den Wanderschutz werden Exzenterbuchsen vorgesehen. Der Wanderschutz ist dann zu jeder Seite einteilig.
Nach einer Variante wird jede Wanderschutzseite zweiteilig ausgeführt mit mehreren Kontaktflächen in Längs- und Querrichtung, die die Längskräfte von der Spitze zur Flügelschiene und umgekehrt übertragen. Diese Kräfte betragen in Längsrichtung beispielsweise ca. 600-800 kN. Zur Überbrückung der Höhendifferenzen bei Verschleiß der Flügelschienenfahrflächen werden entweder zusätzliche oder unterschiedlich dicke Zwischenlagen unter den Flügelschienenfüßen verwendet.
Die beiden zusammengehörenden Teile können sich zwecks Höhenverstellung der Schienen lotrecht gegeneinander verschieben. Über mehrere Kontaktflächen können sie in Schienenlängsrichtung große Kräfte übertragen, die mehrfach größer sind als die bei Weichenzungen üblichen Wanderschutzeinrichtungen nach dem Stand der Technik. Ein kleines Bewegungsspiel zwischen den Kontaktflächen kann die übertragbaren Schienenlängskräfte abmindern. Auch in Schienenquerrichtung kann die Bewegung durch Kontaktflächen mit Bewegungsspiel begrenzt werden.
Die kammartig ineinander greifenden Teile des Wanderschutzes können auch trapezförmig ausgebildet sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1:
eine Draufsicht auf ein Herzstück nach der Erfindung;
Fig. 2:
eine Seitenansicht der Herzstückspitze nach Fig. 1;
Fig. 3:
eine Seitenansicht der Überlauffahrflächenhöhe der beiden Flügelschienen nach der Erfindung bei dem Herzstück der Fig. 1;
Fig. 4:
einen Schnitt längs der Platte 249 der Fig. 1;
Fig. 5:
eine Draufsicht auf die Schnittdarstellung der Fig. 4 (an der Platte 249);
Fig. 6:
einen Schnitt längs der Platte 251 der Fig. 1;
Fig. 7:
eine Draufsicht auf die Schnittdarstellung der Fig. 6;
Fig. 8:
eine Draufsicht auf einen Teil des Herzstückes nach der Erfindung mit einer Wanderschutzvorrichtung nach einer ersten Variante der Erfindung;
Fig. 9:
einen Schnitt längs der Linie B-B der Fig. 8;
Fig. 10:
einen Schnitt längs der Linie C-C der Fig. 8 durch den Wanderschutz nach der ersten Variante der Erfindung;
Fig. 11:
verschiedene Ansichten und Schnittdarstellungen nach der ersten Variante des Wanderschutzes;
Fig. 12:
eine geschnittene Draufsicht auf einen Teil des Herzstückes nach einer zweiten Variante eines Wanderschutzes nach der Erfindung;
Fig. 13:
eine geschnittene Drausicht auf einen Teil des Herzstückes nach einer dritten Variante eines Wanderschutzes nach der Erfindung;
Fig. 14:
einen Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 13;
Fig. 15a bis 15c:
Schnitte längs der Linien F-F, G-G bzw. H-H der Fig. 13;
Fig. 16:
eine Draufsicht auf eine bei der Erfindung verwendete Rippenplatte;
Fig. 17:
einen Schnitt längs der Linie E-E der Fig. 16;
Fig. 18:
eine Seitenansicht einer inneren Rippe der Rippenplatte der Fig. 16 und 17;
Fig. 19:
eine Seitenansicht einer äußeren Rippe der Rippenplatte der Fig. 16 und 17;
Fig. 20:
einen Querschnitt zweier einer Herzstückspitze bildenden Schienenteile während des Vorwärmprozesses bei einer offenen Preßschweißung;
Fig. 21:
einen Schnitt ähnlich Fig. 20 jedoch nach Beendigung der offenen Preßschweißung;
Fig. 22:
einen Schnitt ähnlich Fig. 20 zweier eine Herzstückspitze bildenden Schienenteile während des Vorwärmprozesses bei einer geschlossenen Preßschweißung;
Fig. 23:
einen Schnitt nach Fig. 22 nach Beendigung der geschlossenen Preßschweißung.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche bzw. funktionell einander entsprechende Teile.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Herzstück nach der Erfindung. Die beiden Regelschienen 4 und 5 , die gemeinsam die Herzstückspitze 3 bilden, sind bis über den theoretischen Herzstückpunkt hinaus verlängert und im vorderen Bereich an Kopf und Fuß als Herzstückspitze 3 verschweißt. Beidseitig der Herzstückspitze 3 sind ebenfalls unter Bildung von Spurrillen 11 je eine Flügelschiene 1 und 2 angeordnet. Die genannten Schienenteile liegen auf Rippenplatten 246-253 bzw. 223 auf (Diese Nummern beziehen sich auf die von der Deutschen Bahn AG verwendete Nomenklatur).
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die Herzstückteile wie Flügelschiene 1 und 2 und Herzstückspitze 3 nicht über Futterstücke und Verschraubungen miteinander starr verbunden, sondern sind jeweils durch Spannklemmen 26, 27, 28 bzw. 29 an der jeweiligen Rippenplatte 246-253 und 223 vertikal elastisch verspannt. Im einzelnen sind die Flügelschienen 1 und 2 an ihrer Außenseite in herkömmlicher Weise durch Spannklemmen 26 verspannt, wobei diese Spannklemmen beispielsweise herkömmliche Spannklemmen des Typs SKL 12 sein können. In dem Bereich, in dem sich die Flügelschienen unmittelbar gegenüberliegen, d.h. an den Rippenplatten 246 und 247 ist eine innere Flügelschienenverspannung in Form einer Spannklemme 27 vorgesehen, die auf die nach innen weisenden Füße der sich gegenüberliegenden Flügelschienen 1 und 2 drückt. In den Bereichen, wo die Flügelschiene der Herzstückspitze gegenüberliegt, sind jeweils Spitzen-Flügelschienen-Verspannungen in Form von Spannklemmen 28 vorgesehen, die sich einerseits auf dem Fuß der Flügelschiene und andererseits auf dem Fuß der Herzstückspitze abstützen. In dem unverschweißten Bereich des Herzstückes, in dem die Spitzenschienen im größeren Abstand zueinander liegen, ist eine innere Spitzenverspannung in Form einer Spannklemme 29 vorgesehen, die auf den nach innen weisenden Füßen dieser beiden Spitzen aufliegt.
Alle Schienenkomponenten sind somit vertikal elastisch gegen die Rippenplatten verspannt, ansonsten aber voneinander entkoppelt. Damit kann jedes der drei Hauptteile (zwei Flügelschienen und eine Herzstückspitze) vollkommen frei von den übrigen Teilen schwingen und sich vertikal und horizontal elastisch verformen. Damit wird der Auftreffstoß beim Übergang der Radbandage von der Flügelschiene auf die Herzstückspitze und umgekehrt durch die vorhandene Einzelelastität stark reduziert, so daß der bisherige Quetschverschleiß praktisch nicht mehr auftritt.
Da die Hauptteile im wesentlichen nur durch Reibschluß zwischen dem Schienenfuß und den Rippenplatten aufgrund der Spannklemmen gehalten werden, muß sichergestellt werden, daß sich die Hauptteile relativ zueinander nicht bzw. nur in solchem Umfange verschieben können, daß die Spurrille 11 in ausreichender Breite aufrechterhalten bleibt. Um eine relative Verschiebung zwischen Herzstückspitze 3 und den Flügelschienen 1 und 2 in Schienenlängsrichtung zu verhindern, ist ein Wanderschutz 30 vorgesehen, der hier zwischen den Rippenplatten 250 und 251 angeordnet ist, alternativ jedoch auch zwischen den Rippenplatten 249 und 250 angeordnet sein kann. Der Wanderschutz 30 wird im Zusammenhang mit den Fig. 8 bis 14 ausführlicher erläutert.
Der Wanderschutz wirkt nur in Schienenlängsrichtung, vermeidet also eine vertikale Kopplung der Hauptkomponenten, so daß auch in diesem Bereich das Trägheitsmoment nicht erhöht wird. Dieser Wanderschutz 30 wird an den Stegen der Herzstückspitze 3 und der jeweiligen Flügelschiene 1 bzw. 2 angeschraubt. Dementsprechend haben diese Flügelschienen bzw. die Spitze in diesem Bereich Bohrungen 31 bzw. 32, die in den Figur 9 zu erkennen sind.
Fig. 2 zeigt in Seitenansicht die Herzstückspitze 3 mit dem abgefrästen Spitzenbereich 6. Weiter ist der zwischen den Platten 248 und 249 liegende Übergabebereich 34 zu erkennen, in welchem die Lauffläche des Herzstückes leicht und relativ kurz abgesenkt ist.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Flügelschiene 1, wobei die Abbildungen der Fig. 1, 2 und 3 hinsichtlich der relativen Lage der Hauptteile in Schienenlängsrichtung ausgerichtet dargestellt sind.
Schließlich ist in Fig. 1 noch zu erkennen, daß alle Rippenplatten 246-253 und 223 über Schwellenschrauben 33 an nicht dargestellten Schwellen angeschraubt sind.
Damit sich die einzelnen Schienen quer zur Schienenlängsrichtung nicht verschieben können, sind an den Rippenplatten vertikal hochstehende Rippen vorgesehen, zwischen denen die Schienenteile im wesentlichen spielfrei (in engen Toleranzen) gehalten werden. In der Praxis beträgt dieses Spiel nur ca. maximal 0,5-1 mm. Im einzelnen werden diese Rippenplatten im Zusammenhang mit Fig. 12-15 ausführlicher beschrieben.
Schließlich sei im Zusammenhang mit Fig. 3 noch darauf hingewiesen, daß die Flügelschiene 1 im Bereich zwischen den beiden Punkten 35 gegenüber der Fahrflächenhöhe der Herzstückspitze geringfügig überhöht ist, entsprechend der Konizität der Radbandagen, so daß das Rad beim Übergang von der Herzstückspitze auf die Flügelschiene und umgekehrt weder abgesenkt noch angehoben wird. Die SO-Höhe (Schienenoberfläche) der Flügelschiene ist durch die dünnere Linie 36 dargestellt, die zwischen den Punkten 35 gegenüber der Fahrfläche 37 der Flügelschiene eben (horizontal) verläuft.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A an der Platte 249 der Fig. 1. In diesem Bereich weist die Herzstückspitze 3 noch weitestgehend ihre volle Höhe auf und trägt noch einen Teil der Radlast.
Auch sind die beiden durchgehenden Spitzenschienen 4 und 5 am Kopf und Fuß durch CO2-Schutzgasschweißung miteinander verschweißt.
Die Rippenplatte 249 hat zwei vertikal hochstehende Rippen 39a und 39b und zwei seitliche, dem gegenüber niedrigere Rippen 40 und 41. Der Abstand zwischen den Rippen 40 und 39a bzw. 39b und 41 entspricht der an dieser Stelle vorhandenen Breite des Fußes 16 der Flügelschienen 1 und 2, wobei allenfalls ein sehr geringes Spiel von maximal 0,5-1 mm vorhanden ist, so daß der Fuß 16 der beiden Flügelschienen 1 und 2 zwischen den jeweiligen Rippen 40 und 39a bzw. 41 und 39b in Richtung quer zur Schienenlängsachse fixiert wird. Die beiden Flügelschienen 1 und 2 stehen auf Zwischenlagen 42, die eine Dicke von beispielsweise 9 mm haben und vorzugsweise aus elastischem Material sind. Weiter ist zwischen die Zwischenlage und die Unterseite des Fußes eine zusätzliche Zwischenlage 43 eingefügt mit der die oben erwähnte Überhöhung der Flügelschiene gegenüber der SO-Höhe der Herzstückspitze eingestellt werden kann. Diese Zwischenlagen 43 können leicht ausgewechselt werden und bei Verschleiß der Fahrfläche der Flügelschienen durch eine dickere Zwischenlage ersetzt werden, wodurch das eingangs geschilderte bisherige Auftragsschweißen zum Ausbessern der Fahrfläche der Flügelschienen 1 und 2 entfällt.
Die nach außen weisenden Teile der Schienenfüße 16' sind über herkömmliche Spannklemmen 26 vertikal elastisch gegenüber der Oberseite 38 der Rippenplatte verspannt. Hierzu ist an den äußeren Rippen 40 bzw. 41 eine Hakenschraube 44 befestigt und zwar mittels einer Schwalbenschwanzbefestigung. Von der Schraubenhalterung steht ein Gewindebolzen ab, auf den eine Mutter 45 mit Beilagscheibe 46 aufgeschraubt ist, wodurch die Spannklemme 26 einerseits gegenüber der Rippenplatte 249 und andererseits gegenüber dem nach außen weisenden Fuß 16' der jeweiligen Flügelschiene 1 bzw. 2 verspannt wird. Aus Fig. 4 ist auch deutlich zu erkennen, daß die Spannklemme 26 auf unterschiedlichen Höhen auf der Rippenplatte und dem Fuß aufliegt. In ähnlicher Weise werden die beiden inneren Füße der Flügelschienen 1 und 2 durch eine innere Flügelschienenverspannung 28 gegen die Rippenplatte 249 gespannt, wobei an den mittleren Rippen 39a und 39b ebenfalls eine Hakenschraube mit Mutter 45 angebracht ist, über die die Spannklemmen 28 mittels der Mutter 45 und einer Beilagscheibe 46 verspannt wird. Die Spannklemme 27 liegt auf den beiden Füßen 16 und 49 der jeweiligen Flügelschiene und der Herzstückspitze auf und zwar im wesentlichen auf etwa gleicher Höhe.
Aus Fig. 4 ist auch klar zu erkennen, daß die beiden Flügelschienen 1 und 2 in vertikaler Richtung vollständig voneinander entkoppelt sind und damit frei voneinander schwingen können bzw. sich elastisch durchbiegen können. Wie schon erwähnt sind die äußeren Spannklemmen 26 herkömmliche Spannelemente, wie sie bei der Deutschen Bahn AG unter der Bezeichnung SKL 12 verwendet werden. Die Spannklemmen 28 für die innere Verspannung hat in der Draufsicht der Fig. 5 im wesentlichen die gleiche Form wie die Spannklemme 26. Im Querschnitt der Fig. 4 unterscheidet sie sich jedoch dadurch, daß beide Seiten auf im wesentlichen gleicher Höhe auf den inneren Schienenfüßen 16 der beiden Flügelschienen und der Herzstückspitze aufliegen.
Fig. 5 zeigt eine entsprechende Draufsicht auf den Bereich der Rippenplatte 249. Auch hier hat die Rippenplatte vier Rippen analog der Platte 248, d.h. die beiden äußeren, niedrigeren Rippen 40 und 41 und die beiden inneren, höheren Rippen 39a und 39b. Die beiden die Herzstückspitze 3 bildenden Spitzenschienen, d.h. die Regelschienen 4 und 5, sind miteinander am Kopf und am Fuß verschweißt und haben jeweils nach außen weisende Füße 49, auf denen innere Flügel-Spitzenschienen-Verspannungen abgestützt sind, die hier ebenfalls als Spannklemmen ausgebildet sind, sich von den Spannklemmen 28 jedoch dadurch unterscheiden, daß die Auflage auf den Füßen 49 der Herzstückspitze 3 niedriger liegt als die Abstützung auf den Füßen 16 der Flügelschienen 1 und 2.
Es sei darauf hingewiesen, daß im Bereich der Rippenplatte 249 die beiden Flügelschienen 1 und 2 durch eine dicke zusätzliche Zwischenlage 43 weiter überhöht sind, was durch die Linie 37 (Fig. 4), die die Höhe der Lauffläche (SO) der Flügelschienen 1 und 2 darstellt und die demgegenüber nach unten versetzte Lauffläche 36 der Herzstückspitze 3 verdeutlicht wird.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Rippenplatte 251, also in einem Bereich, in welchem die Regelschienen 4 und 5 vom getrennten Spitzenbereich gerade in den verschweißten Bereich der Herzstückspitze übergehen, was durch die Schweißnaht 51 der Fig. 7 kenntlich gemacht ist. Die Rippenplatte hat hier insgesamt fünf Rippen, nämlich die beiden äußeren Rippen 40 und 41, die beiden Rippen für die Flügel-Spitzenschienen-Verspannung 39a und 39b sowie eine mittlere Rippe 52, die zwischen der Spitzenschiene 4 und der Spitzenschiene 5 und diese beiden Spitzenteile quer zur Schienenlängsrichtung im Abstand zueinander hält. Da in diesem Bereich die äußeren Füße der Spitzenschienen 4 und 5 noch weitestgehend das normale Schienenprofil der Regelschiene aufweisen, sind die Spannklemmen für die innere Flügel-Spitzenschienen-Verspannung 28 so ausgebildet, daß sie auf beiden Seiten die gleiche Auflagehöhe haben. Es können also im Prinzip dieselben Spannklemmen verwendet werden, wie bei der inneren Flügelschienenverspannung der Fig. 4 und 5. Zu bemerken ist noch, daß die beiden Flügelschienen beim Erfindungsgegenstand schon nach der Platte 251 enden, während diese nach dem Stand der Technik erst hinter der Platte 253 enden. Die Verkürzung wurde durch die viel größere Horizontalelastizität der beiden nur am Fuß verspannten Flügelschienen möglich.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf den Schnitt der Fig. 6. Hier ist insbesondere der Übergangsbereich vom verschweißten Teil der Herzstückspitze 3 (Schweißnaht 51) zu den Regelschienen 4 und 5 zu erkennen sowie die schmalere Rippe 52.
Fig. 8 zeigt eine erste Variante des Wanderschutzes 30 mit je fünf Schrauben (vgl. Fig. 1) in der Draufsicht unter Fortlassung der Spitzen- und Flügelschienenköpfe, der im Bereich der Herzstückspitze zwischen den Rippenplatten 250 und 251 liegt, also in einem Bereich, in welchem die beiden Spitzenschienen schon an Kopf und Fuß miteinander verschweißt sind. Der Wanderschutz 30 besteht aus zwei Paaren von Wanderschutzelementen 57 und 58, von denen das Äußere mit der Flügelschiene 1 bzw. 2 und das Innere 58 an der zugeordneten Herzstückspitze 3 verspannt ist. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise mittels HV-Schrauben 59, die durch die Bohrung 32 (Fig. 3) der Flügelschiene hindurchgehen sowie durch Schrauben 60, die durch Bohrungen 31 der beiden Spitzenschienen 4 und 5 hindurchgehen. Beide Wanderschutzelemente 57 und 58 eines Paares haben je einen in die Laschenkammer 18 der Flügelschienen 1 bzw. 2 bzw. die Laschenkammer 61 der Spitzenschienen 4 und 5 hineinragenden, sich parallel zum jeweiligen Steg der Schiene erstreckenden Grundkörper 62 bzw. 63, der durch die zugeordnete Schraube 59 bzw. 60 in die Laschenkammer hinein und gegen den Steg der Schiene verspannt ist. Weiter weist jedes Wanderschutzelement 57 und 58 senkrecht zur Schienenlängsachse horizontal von dem Grundkörper 62 bzw. 63 abstehende Anschlagelemente 64 bzw. 65 auf, die in Schienenlängsrichtung gegeneinander versetzt sind, so daß die Anschlagelemente 64 und 65 eines Paares 57, 58 kammartig ineinandergreifen und so in Schienenlängsrichtung Anschläge gegen eine relative Längsverschiebung der benachbarten Schienen 1,4 bzw. 5,2 bilden. Die Anschlagelemente sind dementsprechend auch so geformt, daß beim Verlegen der Schienen im Gleis zunächst die Spitzenschienen 4 und 5 mit angeschraubten Wanderschutzelementen 58 auf die Rippenplatten aufgesetzt werden und danach die Flügelschienen mit den angeschraubten Wanderschutzelementen 57 von oben her vertikal abgesenkt werden, wobei dann die Anschlagelemente 57 und 58 kammartig ineinandergreifen und die relative Ausrichtung der Schienen in deren Längsrichtung sicherstellen. Die Anschlagelemente 64 oder 65 der jeweiligen Wanderschutzelemente 57 und 58 bilden, wie aus Fig. 9 ersichtlich, einen zur gegenüberliegenden Schiene offenen Topf 73, um das Einsetzen der Schraube 59 und die Aufnahme des Schraubenkopfes zu gewährleisten.
Um auch den Abstand der Schienen und damit die Breite der Spurrille sicherzustellen, haben die Anschlagelemente, wie am besten im linken Teil der Fig. 8 und vor allem aus Fig. 9 zu erkennen ist, vertikal verlaufende Wandabschnitte G7 und 68, die ineinandergreifen und somit einen Anschlag in Richtung senkrecht zur Schienenlängsachse in y-Richtung bilden. Diese vertikalen Wandabschnitte 67 und 68 verlaufen nur etwa über die Hälfte der senkrecht zur Schienenlängsachse gemessenen Länge der Anschlagelemente 64 und 65 und beginnen am freien Ende der Anschlagelemente. Dabei verlaufen die an dem mit den Regelschienen 4 bzw. 5 verbundenen vertikalen Anschlagelemente 67 von unten nach oben, d.h. vom Schienenfuß in Richtung zum Schienenkopf, während umgekehrt die mit der Flügelschiene 1 bzw. 2 verbundenen vertikalen Wandabschnitte 68 von oben nach unten, also vom Schienenkopf zum Schienenfuß verlaufen, um zu ermöglichen, daß die Flügelschienen mit ihren Wanderschutzelementen von oben her eingesetzt werden können.
Obwohl die jeweils benachbarten Schienen 1 und 4 bzw. 5 und 2 über die Wanderschutzelemente miteinander verbunden sind, wird doch keine starre Kopplung wie z.B. wie mit den herkömmlichen Futterstücken bewirkt, sondern die Schienenteile können sich jeweils unabhängig voneinander vertikal durchbiegen, bewegen oder schwingen und sind somit bezüglich des Trägheitsmomentes in vertikaler Richtung vollkommen voneinander entkoppelt, zumal die Anordnung mit ihrer Hauptmasse in der Nähe der neutralen X-Achse vorgesehen ist.
Aus Fig. 11 ist der Wanderschutz noch besser zu erkennen. Jedes Wanderschutzelement 57 und 58 hat Anschläge 64 und 65, die zwischen sich Ausnehmungen 75 aufweisen, die den jeweils gegenüberliegenden Anschlag 64 bzw 65 aufnehmen, so daß die Wanderschutzelemente kammartig ineinander greifen. Die als von dem jeweiligen Grundkörper 62 und 63 abstehenden Anschläge 64 und 65 haben eine zylindrische Öffnung 73, in deren Boden eine Bohrung 74 für den Durchtritt der Befestigungsschraube vorhanden ist. Die beiden endseitigen Anschläge jedes Wanderschutzelementes 57 und 58 haben vertikal verlaufende Schenkel 67 und 68, die ebenfalls ineinandergreifen (vgl. Schnitt a-a), wodurch die Flügelschiene und die Herzstückspitze auch in Richtung quer zur Schienenlängsachse, d.h. in y-Richtung aneinander gehalten werden, wodurch eine Sicherung gegen ein Kippen der Schienen erreicht wird. Gleichwohl ist, was hier besonders zu betonen ist, keine Kopplung in vertikaler Richtung gegeben, so daß alle Schienen, d.h. die Herzstückspitze und die beiden Flügelschienen sich vertikal frei in Bezug auf die anderen Schienen bewegen können und diesbezüglich auch nur das Trägheitsmoment der einzelnen Schiene, was die vertikale Elastizität sehr erhöht, wirksam ist.
Weitere Details sind für den Fachmann ohne weiteres aus den Fig. 9 bis 11 zu erkennen.
Fig. 12 zeigt eine Variante eines Wanderschutzes mit je drei Schrauben in geschnittener Draufsicht. Auch hier besteht der Wanderschutz aus zwei Paaren von Wanderschutzelementen 57 und 58, von denen das äußere 57 mittels drei Schrauben an den Steg der Flügelschiene 1 bzw. 2 und das innere 58 ebenfalls mittels drei Schrauben 60 an den Stegen 4 und 5 der die Herzstückspitze bildenden Regelschienen verspannt ist. Die genannten Stege haben jeweils Bohrungen zur Aufnahme der Schrauben. Auch hier haben beide Wanderschutzelemente 57 und 58 eines Paares je einen in die Laschenkammer der Flügelschienen bzw. der Spitzenschienen hineinragenden, sich parallel zum jeweiligen Steg der Schiene erstreckenden Grundkörper 62 bzw. 63, von denen Zähne 93-98 abstehen, die als Anschlagelemente dienen und kammartig ineinandergreifen. Das an der Flügelschiene 1 bzw. 2 befestigte Wanderschutzelement 57 hat dabei zwei in Schienenlängsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Zähne 93 und 94, während das an der Regelschiene 4 angebrachte Wanderschutzelement 58 zwei Paare von Zähnen 95, 96 und 97, 98 aufweist, die jeweils zwischen sich den Zahn 93 bzw. 94 aufnehmen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 12 sind die Zähne 93 und 94 in der Draufsicht trapezförmig mit verbreiterter Wurzel der Zähne, wodurch die Zähne größere Kräfte aufnehmen können. Die Lücke zwischen den Zähnen 95 und 96 bzw. 97 und 98 ist entsprechend trapezförmig, so daß die Wanderschutzelemente mit geringem Spiel (2-3 mm) ineinander greifen. Da beim Auftreten von in Schienenlängsrichtung wirkenden Kräften durch die Trapezform der Zähne auch eine quer zur Schienenlängsrichtung verlaufende Kraftkomponente auftritt, sind an beiden Enden eines Paares von Wanderschutzelementen 57, 58 ineinandergreifende Haken 67, 68 vorgesehen, die diese Querkräfte aufnehmen.
Die Variante der Fig. 13 unterscheidet sich von der der Fig. 12 dadurch, daß die Zähne 93-98 in der Draufsicht ein rechteckiges Profil haben, weshalb auch die Haken fortgelassen sind.
Wie aus den Schnittdarstellungen der Fig. 15a und 15b zu erkennen ist, sind die einzelnen Zähne eines Wanderschutzelementes durch Stege 99 bzw. 100 miteinander verbunden, wobei diese Stege parallel zur Fahrebene liegen und zueinander versetzt angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Steg 99 des mit der Herzstückspitze verbundenen Wanderschutzelementes 58 oberhalb des Steges 100 des mit der Flügelschiene verbundenen Wanderschutzelementes 57. Damit kann das Herzstück bei schon im Gleis befestigter Flügelschiene von oben her eingesetzt werden.
Fig. 15c zeigt einen Querschnitt der Haken, die die Querkräfte aufnehmen.
Fig. 14 verdeutlicht als Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 13 noch einmal das kammartige Ineinandergreifen der Zähne 93-98 und die die Zähne überbrückenden Stege 99 und 100.
Fig. 16 zeigt eine Draufsicht und Fig. 17 einen Querschnitt einer Rippenplatte, wie sie bei der Erfindung zum Einsatz kommt. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel mit vier Rippen kommt für die Rippenplatten 250 und 251 der Fig. 1 in Frage, wobei darauf hingewiesen wird, daß in den Fig. 12 und 15 die Rippen parallel zueinander und rechtwinklig zur Kante der Rippenplatte verlaufen, während sie in der Praxis (vgl. Fig. 1) natürlich unter dem spitzen Winkel, unter dem die Schienen verlaufen, ausgerichtet sein müssen. Die Rippenplatte besteht aus einer langgestreckten, rechteckigen ebenen Platte 83, von deren Oberseite die Rippen 40, 39a, 39b und 41 senkrecht abstehen. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Rippen 40 und 39a sowie 39b und 41 entspricht außen der halben Fußbreite, innen dem gekürzten Fuß der Flügelschienen und der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Rippen 39a und 39b entspricht der angepaßten Breite des Fußes der beiden verschweißten Herzstückspitzenschienen. Weiter haben die Rippenplatten an beiden Seiten je eine Bohrung 85, durch welche Befestigungsschrauben (z.B. Holzschwellenschrauben 33 in Fig. 1 oder auch Durchsteckschrauben für Betonschwellen) zur Befestigung mit der Schwelle durchgesteckt werden können.
Die Rippen 40 und 41 einerseits und 39a, 39b andererseits haben unterschiedliche Höhen und tragen der unterschiedlichen Höhe der Auflagepunkte der Spannklemmen Rechnung. Die Rippen haben einen quaderförmigen Grundkörper und sind an der Platte 83 fixiert, sei es durch Anschweißen oder durch eine Lochschweißung, indem beispielsweise kurze zylindrische Stifte 86, die an den Rippen angeschmiedet sind, in Bohrungen der Platte 83 eingesetzt sind.
Die Fig. 18 und 19 zeigen Seitenansichten der Rippen 39a bzw. 41. Alle Rippen haben an ihrer Oberseite 87 eine in der Draufsicht der Fig. 17 rechteckige Öffnung 88, die sich nach unten in Richtung zur Platte 83 zu einer schwalbenschwanzförmigen Ausnehmung 89 verbreitert. Über diese schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen 89 werden die Schwalbenschwanz-Schraubenhalterungen 44 (Fig. 4) an der Rippenplatte gehalten.
Fig. 20 zeigt einen Querschnitt von zwei die Herzstückspitze bildenden Regelschienen vor einer "offenen" Verschweißung. Der Schnitt ist dabei etwa zwischen den Rippenplatten 249 und 250 der Fig. 1 genommen. Die miteinander zu verschweissenden Spitzenschienen 4 und 5 sind an den zueinander weisenden Flächen des Schienenkopfes 15, des Fußes 16 und des Steges 17 vorbearbeitet, wobei die Schienen hier nur an Flächen 52 im Kopfbereich und 53 im Fußbereich miteinander verschweißt werden. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 20 und 21 handelt es sich um ein sogenanntes offenes Schweißen, bei dem die miteinander zu verschweißenden Flächen 52-52 und 53-53 eine horizontale Entfernung aufweisen, in welche ein Azetylen-Sauerstoffbrenner oder ein Induktiverwärmer 54 bzw. 54' zum Anwärmen angeordnet ist. Durch diese Brenner oder Anwärmer werden die zu verschweißenden Flächen auf Schweißtemperatur erhitzt. Anschließend werden die Brenner bzw. Anwärmer 54 und 54' aus diesem Bereich entfernt, beispielsweise ausgeschwenkt und die beiden Schienenbereiche werden gegeneinander gepreßt, womit sich dann Schweißnähte 55 und 56 ergeben. Diese offene Preßschweißung zeichnet sich durch einen relativ kleinen Schweißwulst aus. Weiter wird erreicht, daß die beiden Schienenstege 17 relativ dicht beieinander liegen und ihr Abstand 56' nur ca. 3-4 mm maximal beträgt, wodurch die Stabilität insbesondere im vorderen Spitzenbereich der Herzstückspitze 3 wesentlich erhöht wird.
Fig. 21 zeigt die Herzstückspitze nach dem Verschweißen am Fuß durch die Schweißnaht 56 und am Kopf durch die Schweißnaht 55.
Die Fig. 22 und 23 zeigen eine ähnliche Darstellung wie Fig. 20 und 21 jedoch für eine geschlossene Preßschweißung. Die Anwärmaggregate 54 und 54' werden oberhalb des Kopfes 15 und unterhalb des Fußes 49 der Spitzenschienen 4 und 5 angeordnet, und die miteinander zu verschweißenden Flächen 52 und 53 werden mit einem gewissen Vordruck gegeneinander gepreßt. Nachdem die Vorwärmung stattgefunden hat und der Preßdruck aufgrund der Materialerweichung abfällt, wird automatisch der Schweißvorgang eingeleitet.
Die zu verschweißenden Nähte können eine erhebliche Länge von 1-2 m oder auch länger aufweisen. Trotz dieser Länge zeigen preßgeschweißte Nähte eine hervorragende Werkstoffqualität, da kein Zusatzschweißwerkstoff verwendet wird und die kritische zusätzliche Vorwärmung praktisch entfällt, wie sonst beim Verschweißen durch CO2-Schutzgasschweißung nach dem Stand der Technik.
Aus Fig. 23 ist zu erkennen, daß der Schweißwulst 56 beim geschlossenen Schweißen etwas größer ausfällt als bei der offenen Preßschweißung. An den Außenseiten des Kopfes und des Fußes wird dieser Schweißwulst entfernt, beispielsweise durch Abschleifen, was in der Darstellung der Fig. 23 bereits erfolgt ist.

Claims (17)

  1. Starres Herzstück für Weichen und Kreuzungen mit zwei Flügelschienen und einer dazwischen angeordneten Herzstückspitze, die mit den Flügelschienen spitzwinklig zueinander verlaufende Spurrillen zum freien Durchlauf des Spurkranzes eines Rades bildet, wobei die zwei Flügelschienen und die Herzstückspitze auf einer Rippenplatte mit vertikal abstehenden Rippen aufliegen, zwischen denen jeweils der Fuß der Flügelschienen und der Fuß der Herzstückspitze angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flügelschienen (1, 2) und die Herzstückspitze (3, 4, 5, 6) durch vertikal elastische Spannklemmen (26, 27, 28, 29) an der Rippenplatte (247-253) vertikal elastisch gehalten sind und daß die relative horizontale Lage der Flügelschienen (1, 2) und der Herzstückspitze (3, 4, 5, 6) und damit die Breite der Spurrille (11) ausschließlich durch die Rippen (39, 39a, 39b, 40, 41) sichergestellt ist, zwischen denen die Füße der Flügelschienen bzw. der Herzstückspitze nahezu spielfrei gehalten sind.
  2. Herzstück nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flügelschienen (1, 2) und die Herzstückspitze (3, 4, 5, 6) jeweils auf Zwischenlagen (42, 43) stehen, die zwischen dem Fuß der jeweiligen Schiene und der Rippenplatte (247-253) angeordnet sind.
  3. Herzstück nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zwischenlagen (42, 43) durch eine Elastomerausführung besonders elastisch sind.
  4. Herzstück nach den Ansprüchen 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flügelschienen (1, 2) im Bereich des Überlaufes des Rades vom Herzstück zur Flügelschiene und umgekehrt gegenüber der SO-Höhe, d.h. der Höhe der Schienenoberfläche der Herzstückspitze, durch Zwischenlagen (42, 43) unterschiedlicher Dicke entsprechend der Konizität der Radbandage überhöht sind.
  5. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastischen Spannklemmen für eine Verspannung zwischen dem nach innen weisenden Fuß (16) der Flügelschiene und dem gegenüberliegenden Fuß des Herzstückes jeweils nur auf den genannten Schienenfüßen aufliegen und an der jeweiligen Rippe (39a, 39b) befestigt sind.
  6. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Spannklemmen (28) im abgefrästen vorderen Bereich (6) der Herzstückspitze auf der Oberseite des abgesenkten Bereiches (6) und den benachbarten Füßen (16) der Flügelschienen (1 bzw. 2) abgestützt und an den Rippen (39a, 39b) befestigt sind.
  7. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die innenliegenden Spannklemmen (27, 28, 29) eine Spannkraft von 10-15 kN pro Auflagestelle ausüben.
  8. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rippenplatten (247-253) zu den Schienen hin konvex vorgeformt sind.
  9. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rippen (39, 39a, 39b, 40, 41) der Rippenplatten (247-253) eine geringere Breite als die äußeren Rippen (40, 41) aufweisen.
  10. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach dem Bereich des Radüberlaufes von der Flügelschiene zum Herzstück und umgekehrt eine Wanderschutzvorrichtung (30) an den jeweils gegenüberliegenden Schienenteilen angebracht ist, die eine Relativverschiebung der Schienenteile gegeneinander in Schienenlängsrichtung verhindert, ein vertikales Durchbiegen oder Schwingen der Schienenteile jedoch zuläßt.
  11. Herzstück nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wanderschutzvorrichtung (30) durch jeweils ein Paar von Anschlagelementen (64, 65) gebildet ist, die am Steg der zugeordneten Schiene (1, 4; 2, 5) befestigt sind und in Schienenlängsrichtung kammartig ineinandergreifen.
  12. Herzstück nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anschlagelemente (64, 65) je einen vertikalen Schenkel (68, 67) aufweisen, der vom freien Ende des jeweiligen Anschlagelementes absteht, wobei sich die vertikalen Wandabschnitte (67, 68) wechselseitig hintergreifen und damit einen Anschlag in Richtung quer zur Schienenlängsachse bilden.
  13. Herzstück nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die die Spitze (3, 6) bildenden Schienenteile über die gesamte Länge der Herzstückspitze aus im Kopf- und Fußbereich miteinander verschweißten Regelschienen gebildet sind.
  14. Herzstück nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die untereinander zu verschweißenden Schienenteile durch eine offene Preßschweißung untereinander verschweißt sind, bei der die miteinander zu verschweißenden Schienenteile im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei in diesen Abstand ein Anwärmaggregat (54) eingeführt ist, das nach Erreichen der Schweißtemperatur entfernt wird und die miteinander zu verschweißenden Schienenteile gegeneinander gepreßt werden.
  15. Herzstück nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die miteinander zu verschweißenden Schienenteile in einer geschlossenen Preßschweißung miteinander verschweißt werden, bei der die miteinander zu verschweißenden Schienenteile gegeneinander gepreßt werden und im Bereich der Schweißstelle ein Anwärmaggregat (54) angebracht ist.
  16. Herzstück nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Preßschweißen ein Gaspreßschweißen oder ein induktives Preßschweißen ist.
  17. Herzstück nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Preßschweißen ein Gaspreßschweißen oder ein Laserpreßschweißen mit Ausgleichsfolie ist.
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