Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elastische Spannklemme mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Schienenbefestigungen in Form elastischer Spannklemmen sind
seit langem bekannt und haben sich in umfangreichem Einsatz
bewährt.
In der Vergangenheit wurden auf Eisenbahnschwellen,
insbesondere solchen aus Spannbeton,
Schienenbefestigungssysteme mit elastischen Federelementen
eingesetzt, die in Draufsicht W-förmig ausgeführt sind.
In der DE 32 43 895 wird eine Spannklemme beschrieben, die
sich auf der Schwelle bereits im Schwellenwerk vormontieren
läßt und zur endgültigen Verspannung der Schiene im Gleis aus
ihrer Vormontagestellung um 180º in die Montagestellung
gedreht werden muß. Die Spannklemme umfaßt ein bogenförmiges
Mittelteil mit zwei sich an das Mittelteil anschließenden
Schenkeln. Das bogenförmige Mittelteil sowie die sich daran
anschließenden Schenkel umgeben in ihrer Einbaustellung den
Schaft einer Befestigungsschraube. Die elastische Befestigung
der Schiene erfolgt über Biegungen, die sich an die
Innenschenkel anschließen und zu freien Enden erstrecken, die
auf den Fuß einer Schiene drücken. Zusätzlich zu der
elastischen Spannklemme umfaßt die Befestigungsvorrichtung
eine Führungsplatte, die jeweils auf jeder Seite des
Schienenfußes auf der Schwelle aufliegt und deren
Oberflächenkontur an die elastische Spannklemme angepaßt ist,
damit die von der Schiene kommenden Kräfte in die Schwelle
eingeleitet werden. Die Biegungen der Spannklemme nach der
DE 32 43 895 C2 besitzen eine Geometrie, so daß die freien
Enden der Biegungen von dem bogenförmigen Mittelteil der
Spannklemme so weit beabstandet sind, damit sich baugleiche
Spannklemmen miteinander zu langen Ketten verhaken können.
Aufgrund gestiegener Ansprüche bezüglich der
Schienenbefestigung selbst, aber auch einer zunehmenden
Automatisierung des Gleisbaus im Rahmen der Vormontage, wurde
eine Schienenbefestigung entwickelt, die nicht mehr aus ihrer
Vormontagestellung in die Montagestellung gedreht werden muß,
sondern horizontal senkrecht zur Schiene verschoben werden
kann. Die DE 33 43 119 C2 beschreibt eine derartige
Spannklemme. Auch diese Spannklemme wirkt bevorzugt mit einer
speziell auf die Spannklemme abgestimmten Rippenplatte
zusammen, um die auftretenden Kräfte in die Schwelle
einzuleiten.
Diese Spannklemme besitzt Vorteile in bezug auf den Komfort
bei der Schienenbefestigung, jedoch den Nachteil, daß eine
automatische Vormontage nicht möglich ist, da sich in
Vorratsbehältern eine Vielzahl von baugleichen Spannklemmen
zu langen Ketten miteinander verbinden und von Hand zunächst
vereinzelt werden müssen. Unter dem Verketten von
Spannklemmen soll im folgenden verstanden werden, dass sich
viele Spannklemmen jeweils miteinander verhaken.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schienenbefestigung zu entwickeln, die einfach und
automatisch auf Eisenbahnschwellen vormontierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine elastische Spannklemme mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Spannklemme
bezüglich der Dimensionen so zu gestalten, daß der freie
Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil und der
Schlaufe im Bereich des freien Endes kleiner als der
Durchmesser des Federstahls ist, aus dem die Spannklemme
gefertigt ist. Hierdurch wird einem Verketten der
Spannklemmen entgegengewirkt. Daher kann im Rahmen der
Vormontage eine automatische Entnahme einzelner Spannklemmen
aus einem Vorratsbehälter durchgeführt werden. Selbst bei
einer manuellen Vormontage bietet die erfindungsgemäße
elastische Spannklemme Vorteile, da auch das Montagepersonal
nur die einzelnen Spannklemmen aus einem Vorratsbehälter
entnehmen, nicht aber eventuell gebildete Ketten von
Spannklemmen voneinander lösen muß.
Nach einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform befinden
sich an den freien Enden der Spannklemme Verdickungen oder
Aufstauchungen. Derartige Verdickungen und Aufstauchungen
können ebenfalls den Abstand zwischen den freien Enden und
dem bogenförmigen Mittelteil soweit verringern, daß ein
Verketten von Spannklemmen sicher vermieden werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen
die freien Enden der Spannklemme aneinander an. Durch das
Aneinanderanlegen der freien Enden der Spannklemme alleine
kann ein Verketten nicht verhindert werden, da bei einem
entsprechenden Abstand zwischen den freien Enden und dem
bogenförmigen Mittelteil noch immer ein Ineinandereingreifen
zweier baugleicher Spannklemmen erfolgen kann. Diese
Geometrie besitzt jedoch den Vorteil, daß ein Verkanten und
gegenseitiges Verklemmen von Spannklemmen in einem
Vorratsbehälter vermieden werden kann, auch wenn durch die
Grundgeometrie ohnehin bereits ein Verketten ausgeschaltet
ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
verlaufen die Innenschenkel im wesentlichen parallel
zueinander. Diese Formgebung gestattet es, daß die elastische
Spannklemme sowohl horizontal senkrecht zur Schiene aus ihrer
Vormontagestellung in die Montagestellung verschoben werden
kann, als auch als Ersatz für Spannklemmen verwendet werden
kann, die zur endgültigen Verspannung der Schiene im Gleis
aus ihrer Vormontagestellung in die Montagestellung um 180º
gedreht werden müssen. Darüber hinaus wird durch die
parallele Führung der Innenschenkel ohne eine Einschnürung
der Mittelschleife die automatische Vormontage erleichtert.
Vorzugsweise umfassen die Schlaufen einen sich an den
jeweiligen Innenschenkel anschließenden hinteren Stützbogen
sowie einen Außenschenkel, der sich an den hinteren
Stützbogen anschließt, wobei der hintere Stützbogen so
gestaltet ist, daß der Abstand D zwischen dem Innenschenkel
und der parallelen Tangente hierzu am Außenschenkel
D ≥ 50 mm, bevorzugt D ≥ etwa 60 mm beträgt.
Aufgrund der Problematik des Verkettens mehrerer Spannklemmen
miteinander wurde bislang davon Abstand genommen, Schlaufen
mit einer großen Länge und somit einem großen umschlossenen
Raum vorzusehen, da dies das unerwünschte Verketten mehrerer
Spannklemmen mit der Schlaufe einer einzigen Spannklemme
förderte. Wenn sich einmal mehrere Spannklemmen in der
Schlaufe einer Spannklemme verkettet haben, ist es auch für
geschultes Personal schwierig, die mehreren Spannklemmen
wieder voneinander zu lösen, da der Bewegungsspielraum für
das korrekte Anordnen der Spannklemmen zum Lösen derselben
eingeschränkt ist und aufgrund der ebenfalls in der Schlaufe
verhakten anderen Spannklemmen eingeschränkt wird.
Andererseits ist man bestrebt, den Abstand zwischen dem
Innenschenkel und der parallelen Tangente hierzu zum
Außenschenkel groß zu gestalten, damit der Torsionsanteil bei
der vertikalen Bewegung der freien Enden der Spannklemme auf
dem Schienenfuß von diesem Bereich aufgenommen wird und die
Torsionsspannungen aufgrund der größeren Länge dieses
Abschnittes leichter von der Spannklemme aufgenommen werden
können. Durch das erfindungsgemäße Vermeiden einer Verhakung
von Spannklemmen miteinander läßt sich somit die gesamte
Geometrie besser an die immer weiter wachsenden Erfordernisse
an eine Schienenbefestigung anpassen.
Insbesondere beim Auswechseln bestehender Spannklemmen, die
zur endgültigen Verspannung der Schiene aus ihrer
Vormontagestellung in die Montagestellung um 180º gedreht
werden müssen, kann die erfindungsgemäße Spannklemme
eingesetzt werden, ohne die Schrauben auswechseln zu müssen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen
elastischen Spannklemme werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung von verschiedenen
Ausführungsformen offensichtlich werden, die in den
nachfolgenden Figuren dargestellt sind. Es zeigen:
- Fig. 1a
- eine dreidimensionale Ansicht einer
erfindungsgeltenden Spannklemme;
- Fig. 1b
und 1c
- dazugehörige Seitenansichten und Draufsichten;
- Fig. 2
- eine alternative Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Spannklemme in Draufsicht;
- Fig. 3
- eine alternative Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Spannklemme in Draufsicht;
- Fig. 4a
und 4b
- Draufsichten sowie Seitenansichten einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannklemme;
- Fig. 5a
und 5b
- eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht einer
weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Spannklemme;
- Fig. 6a
und 6b
- räumliche Darstellungen zweier baugleicher
erfindungsgemäßen Spannklemmen, die nicht
miteinander verketten können;
- Fig. 7
- eine Darstellung ähnlich zu den Fig. 6a und 6b mit
einer Darstellung zweier Spannklemmen gemäß der
Ausführungsform nach den Fig. 4a und 4b; und
- Fig. 8
und 8b
- Beispiele für das Verketten von Spannklemmen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den nachfolgenden Figuren werden zur einfacheren
Bezugnahme jeweils gleiche oder ähnliche Abschnitte der
Spannklemmen mit denselben Referenzziffern bezeichnet werden.
In Fig. 8a und 8b sind herkömmliche Spannklemmen gezeigt, die
jeweils mit 10.1 sowie 10.2 bezeichnet sind. Die Zusätze .1
sowie .2 sollen jeweils die beiden zusammenwirkenden,
baugleichen Spannklemmen bezeichnen. Die Spannklemmen
bestehen aus einem bogenförmigen Mittelteil 14, zwei sich an
das bogenförmige Mittelteil anschließende Innenschenkel 12
sowie Schlaufen 16, die sich jeweils an die Innenschenkel
anschließen und in freien Enden 18 abschließen.
Aufgrund der geometrischen Beziehungen der oben beschriebenen
Abschnitte der Spannklemmen zueinander ist es möglich, daß
die beiden Spannklemmen 10.1 und 10.2 miteinander verhaken.
Dies erfolgt, indem zwischen einem der freien Enden 18.1 der
ersten Spannklemme und dem entsprechenden Mittelteil 14.1 das
freie Ende 18.2 der zweiten Spannklemme sowie das zugehörige
Mittelteil 14.2 hindurchtreten können. Ist der Abstand
zwischen dem freien Ende 18 und dem Mittelteil 14 größer als
der Durchmesser d, so kann ein Verhaken zweier Spannklemmen
an beliebiger Stelle erfolgen, indem, wie in Fig. 8b
dargestellt ist, die Spannklemme 10.2 im Bereich ihrer
Schlaufe 16.2 zwischen dem freien Ende 18 und dem
Mittelteil 14 der Spannklemme 10.1 hindurchtritt.
Aus Computersimulationen läßt sich zeigen, daß die
Möglichkeit eines miteinander Verhakens zweier baugleicher
Spannklemmen nicht alleine vom lichten Abstand zwischen dem
freien Ende 18 und dem Mittelteil 14 abhängt, sondern sich
die Engstelle auch in einer Entfernung vom freien Ende
befinden kann und zudem der komplexe und häufig nicht-lineare
Bewegungsablauf beim möglichen Verhaken von baugleichen
Spannklemmen mitberücksichtigt werden muß.
Ein Verketten tritt allerdings nur dann auf, wenn die
statistische Wahrscheinlichkeit eines möglichen Verhakens so
groß ist, dass es zur Bildung von Ketten miteinander
verhakter Spannklemmen kommen kann. Ein einzeln auftretendes
Verkeilen oder Verhaken zweier Spannklemmen ist unschädlich,
weil dies nicht zur Ausbildung langer Ketten führt.
Wendet man sich den Fig. la, 1b sowie lc zu, so ist eine
erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannklemme
dargestellt. Die Spannklemme 10 umfaßt zwei Schlaufen 16, die
sich an einen Mittelteil anschließen, der im wesentlichen aus
zwei Innenschenkeln 12 gebildet ist, die, wie aus Fig. lb
ersichtlich ist, parallel zueinander verlaufen. Zwischen den
Innenschenkeln 12 wird im Montagezustand eine
Schwellenschraube (nicht dargestellt) geführt, die im
Montagezustand auf Abflachungen 20 im Bereich der Oberseite
der Innenschenkel 12, ggf. unter Vermittlung einer
Beilagscheibe, aufliegt. Bei der Montage wird die
Schwellenschraube mittels eines Drehmomentschlüssels, der am
Kopf der Schwellenschraube angreift, in einen in der Schwelle
befindlichen Kunststoffdübel in bekannter Weise
eingeschraubt, bis die gewünschte Spannkraft hergestellt ist.
Aufgrund der Formgebung der parallel zueinander angeordneten
Innenschenkel ist sowohl eine Verschiebebewegung horizontal
senkrecht zur Schiene zwischen der Vormontagestellung und der
Montagestellung wie auch ein Drehen um 180º von der
Vormontagestellung in die Montagestellung realisierbar.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Spannklemme mit ebenfalls
parallel zueinander verlaufenden Innenschenkeln durch die in
den Fig. 1a bis 1c dargestellte Spannklemme zu ersetzen,
indem lediglich die Schwellenschraube gelockert wird und die
Spannklemmen durch eine Dreh- sowie Verschiebebewegung
jeweils ausgetauscht werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Innenschenkel
durch ein bogenförmiges Mittelteil 14 miteinander verbunden.
Auf der relativ zum bogenförmigen Mittelteil
entgegengesetzten Seite der Innenschenkel schließen sich die
Schlaufen 16 an, die selbst aus einem hinteren Stützbogen 22,
Außenschenkeln 24 und miteinander fluchtenden freien Enden 26
bestehen.
Die freien Enden 26 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
relativ zum bogenförmigen Mittelteil 14 so angeordnet, daß
der freie Abstand zwischen dem Mittelteil 14 und der
Schlaufe 16 im Bereich der jeweiligen freien Enden 26
geringer als der Durchmesser des Federstahls im Bereich des
freien Endes 26 ist, wodurch sich mehrere Spannklemmen nicht
miteinander verketten können.
Wie zusätzlich aus der Darstellung in den Fig. 1a bis 1c und
insbesondere aus Fig. 1c ersichtlich ist, ist der hintere
Stützbogen so ausgebildet, daß dieser eine große Länge D
besitzt, die als Abstand zwischen der Achse des
Innenschenkels und der parallelen Tangente durch den
Mittelpunkt des Außenschenkels entspricht. Dieser Abstand D
sollte mindestens 50 mm betragen, damit die dargestellte
Spannklemme einen hohen Torsionsweg gewährleisten kann,
wodurch die Federsteifigkeit verringert werden kann.
Allerdings ist auch die Geometrie der Schlaufe hierfür
mitentscheidend. So sollten die Außenschenkel der Schlaufen
einen Bogen beschreiben, dessen Sekante S (siehe Fig. 1b) im
wesentlichen parallel zum Verlauf der Innenschenkel ist.
Diese Geometrie ist insbesondere beim Einsatz der Spannklemme
an problematischen Streckenabschnitten vom Vorteil. So können
beispielsweise im Bereich von Steigungen durch das
Durchrutschen der Räder von Schienenfahrzeugen hochfrequente
Schwingungen entstehen, die eine Bewegung der Schienen in
Längsrichtung trotz ordnungsgemäß befestigter Spannklemmen
auslösen. Das Vorsehen eines größeren Torsionsabschnittes
erhöht die Dauerfestigkeit der Schienenverbindung, da nicht
nur der Torsionsanteil der Schlaufe erhöht ist, sondern auch
eine relative Vergrößerung des Biegeradius in
Schienenrichtung erfolgt.
Die Fig. 2 bis 5b zeigen jeweils Möglichkeiten, um den freien
Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil und der
Schlaufe im Bereich des freien Endes gering zu gestalten. So
ist in Fig. 2 dargestellt, daß sich die Länge des Mittelteils
und somit die Länge der Innenschenkel 12 erhöhen läßt, um
eine geringere Entfernung zwischen dem bogenförmigen
Mittelteil und den freien Enden 26 der Schlaufen 16 zu
erzeugen.
Eine alternative, in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist
der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsalternative ähnlich,
verlängert jedoch die freien Enden 26 soweit, daß sich nur
noch ein geringer Abstand d2 zwischen den freien Enden 26
befindet. Die Annäherung der freien Enden 26 alleine kann
jedoch ein Verketten nicht verhindern; es muß entsprechend
den oben dargelegten Ausführungen auch auf den entsprechend
gering gewählten freien Abstand zwischen den jeweiligen,
einzelnen freien Enden 26 und den bogenförmigen Mittelteil 14
in gleicher Weise geachtet werden.
Eine alternative Ausführungsform ist aus den Fig. 4a und 4b
ersichtlich, wobei Fig. 4a eine Draufsicht auf diese
Ausführungsform der Spannklemme und Fig. 4b eine
Seitenansicht derselben darstellt. Wie sich aus der
Grundgeometrie der in Fig. 4a dargestellten Spannklemme
ergibt, ist diese der in den Fig. la bis lc dargestellten
Spannklemme im Bezug auf die Länge des Mittelteiles und die
Krümmung der Schlaufen 16 sehr ähnlich. Der wesentliche
Unterschied liegt darin, daß sich an den freien Enden 26
Verdickungen 28 befinden, welche den freien Abstand zwischen
dem bogenförmigen Mittelteil und den Verdickungen der freien
Enden soweit verringern, daß ein Verketten wirkungsvoll
vermieden werden kann. Die Verdickungen 28 können als
Aufstauchungen der Enden gebildet sein und erfordern einen
erhöhten fertigungstechnischen Aufwand. Der Vorteil der
Verdickungen liegt jedoch darin, daß ein größerer freier
Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil und dem
verdickten Ende des freien Endes 26 möglich ist. Dies kann
aus fertigungstechnischer Sicht günstig sein, wenn bei den
einzelnen Biegeschritten der Federstahl der Spannklemme stark
zurückfedert und es daher aufgrund geometrischer
Beschränkungen nicht möglich ist, die freien Enden soweit dem
bogenförmigen Mittelteil anzunähern, daß ein Verketten
verhindert werden kann.
Die Fig. 5a und 5b zeigen schließlich eine alternative
Ausführungsform, deren Innenschenkel nicht durch ein
bogenförmiges Mittelteil miteinander verbunden sind. Anstelle
dessen liegen keine freien Enden 26 vor, sondern ist die
Spannklemme in diesem Bereich durchgehend hergestellt. Trotz
der recht unterschiedlich wirkenden Anordnung der Enden
relativ zu den durchlaufenden Bereichen entwickelt sich
jedoch dieselbe Grundgeometrie, nach der der freie Abstand
zwischen den im vorliegenden Fall an den Innenschenkeln 12
angeordneten freien Enden und der durchgehenden Schlaufe 30
gebildete freie Abstand ebenfalls so klein gewählt werden
muß, daß ein Verketten nicht möglich ist.
Um zu verdeutlichen, daß mit den vorgeschlagenen Spannklemmen
ein gegenseitiges Einrücken der Schlaufe einer Spannklemme in
die Schlaufe einer baugleichen Spannklemme nicht länger
möglich ist, soll das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4a
und 4b in der Fig. 7 in einer entsprechenden Position
dargestellt werden. Die Fig. 7 zeigt, daß aufgrund der
Verdickungen 28.1 an der Spannklemme 10.1 sowie 28.2 an der
Spannklemme 10.2 kein Verhaken der Schlaufen 16.1 sowie 16.2
mehr möglich ist. In gleicher Weise zeigen die Figuren 6a und
6b anhand der in den Figuren la bis lc dargestellten
Ausführungsvariante, daß ebenfalls mit dieser dargestellten
Geometrie kein Verhaken der beiden Spannklemmen mehr möglich
ist.
Indem einem Verketten der Spannklemmen entgegengewirkt wird,
lassen sich die Schlaufen entsprechend groß dimensionieren,
da die Gefahr einer Verkettung mehrerer Spannklemmen nicht
länger besteht. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die
Biegeradien in Schienenrichtung zu vergrößern und den
Torsionsanteil zu erhöhen, so daß die Spannklemmen eine
verbesserte Federcharakteristik aufweisen. Durch das
Verlängern der freien Enden im Rahmen der Verringerung des
freien Abstandes lassen sich zudem größere Flächenpressungen
auf dem Schienenfuß erzielen. Hierdurch werden im Vergleich
zu bekannten, ebenfalls W-förmig geformten Spannklemmen
mindestens gleiche technische Eigenschaften, insbesondere
hinsichtlich der Elastizität in vertikaler und horizontaler
Richtung sowie in Längs- und Querrichtung zur Schiene
erzeugt. Darüber hinaus wird eine einfache und automatische
Vormontage von Eisenbahnschwellen möglich, auf der anderen
Seite aber auch durch das Vorsehen parallel zueinander
verlaufender Innenschenkel eine mit möglichst geringem
Aufwand realisierbare Austauschbarkeit sowohl gegenüber
Spannklemmen von dem gleichen Typ wie auch gegenüber bereits
bekannten, ähnlich geformten Modellen.