EP1247899A2 - Kunststoffgleitplatte für Schienenweichen - Google Patents

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EP1247899A2
EP1247899A2 EP02003611A EP02003611A EP1247899A2 EP 1247899 A2 EP1247899 A2 EP 1247899A2 EP 02003611 A EP02003611 A EP 02003611A EP 02003611 A EP02003611 A EP 02003611A EP 1247899 A2 EP1247899 A2 EP 1247899A2
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EP
European Patent Office
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sliding plate
plate according
sliding
switch
plastic material
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EP02003611A
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EP1247899A3 (de
EP1247899B1 (de
Inventor
Wilfried Ensinger
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.)
Ensinger Kunststofftechnologie GbR
Original Assignee
Ensinger Eva Maria
Ensinger Klaus
Ensinger Martha
Ensinger Thomas
Holzberger Edith
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Application filed by Ensinger Eva Maria, Ensinger Klaus, Ensinger Martha, Ensinger Thomas, Holzberger Edith filed Critical Ensinger Eva Maria
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Publication of EP1247899A3 publication Critical patent/EP1247899A3/de
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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
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/02—Tongues; Associated constructions

Definitions

  • the invention relates to a plastic sliding plate for rail switches, which a switch chair which is interchangeably mounted and a gliding plane defined for a switch tongue.
  • Such sliding plates are known for example from DE 26 31 594.
  • the sliding plates that were previously only used in part and are still in use today made of metal require regular maintenance, mainly an in certain time intervals to be repeated to lubricate the for the shift the necessary forces resting on the slide plate to keep it as small as possible.
  • the lubrication also serves as protection against corrosion the metallic switch slide plates, which are mostly made of steel.
  • the applied lubricating film encrusts over time due to environmental influences and thus reduces the operational safety of the switch.
  • the crusty greasy film must therefore be removed from time to time with special cleaning devices.
  • This regular maintenance and cleaning work requires a considerable amount Personnel and cost expenditure and also pose a significant risk for the maintenance personnel, since they are constantly in the maintenance and cleaning area Trains run on the rails.
  • the known plastic sliding plates bring in compared to the metal sliding plates Significant improvement in freedom from maintenance.
  • the turnout drives designed for pivoting the switch tongues with only a small reserve so that worn sliding plates or switch tongues sunken into the sliding plates question reliable switch operation. This then means a unacceptable security risk, which can only be avoided by premature Replacing the sliding plates can counteract.
  • an extension of the Maintenance and replacement intervals are expected, especially for new build and High-speed routes where the necessary infrastructure (train stations) is far away, extremely long distances for maintenance and repair and the risk for maintenance personnel is particularly high.
  • the object of the present invention is therefore that described at the outset To further develop plastic sliding plates so that they meet today's requirements and safe switch operation possible regardless of the season is.
  • the slide plate is made of a plastic material, which is a polymer forming a matrix and one dispersed in the matrix Fluorocarbon polymer comprises, the fluorocarbon polymer is chemically coupled to the matrix polymer.
  • the matrix polymer can be selected from a wide range of polymers, and the preferred matrix polymers are selected from polyamides, polyesters, in particular polyethylene terephthalates and polybutylene terephthalates, Polyphenylene sulfides, polyacetals, thermoplastic polyurethanes and / or Polyether ether ketones.
  • polyamide is used as the matrix polymer and polytetrafluoroethylene is obtained in the coupling of radiation via electron radiation
  • Carboxylic acid groups on polytetrafluoroethylene polymers when electron irradiation in the presence of oxygen.
  • these carboxylic acid groups have such a reactivity, that by umamidation PTFE-polyamide block copolymers are formed, which in Comparison to material combinations in which unirradiated PTFE and polyamide exist side by side, achieve a much higher level of strength.
  • Preferred plastic sliding plates have the proportion of fluorocarbon polymers further reducing sliding friction and wear Additives on.
  • MoS 2 graphite, boron nitride, polyimides, polyphenylene sulfones, waxes, oils and fats are preferred among such additives.
  • the reinforcing materials are selected from short and / or long fibers made of glass, carbon, Keflar, metal, hemp and flax.
  • plastic material of the slide plate according to the invention can also Contain fillers to optimize the material price.
  • Suitable fillers for the plastic material of the sliding plate are e.g. B. kaolin, talc, calcium carbonate, silicon carbide, wollastonite, mica or TiO 2 .
  • the plastic material of the invention Slide plate additionally impact modifier matched to the matrix polymer includes, which is mainly used when extremely low operating temperatures are to be expected.
  • a rail 12 in a conventional manner on sleepers 14 made of wood, concrete or some other material is essential part of the switch 10 .
  • a switch tongue 16 which (not.) shown) in a conventional manner, for example with the aid of a drive motor, can be moved back and forth between an open and a closed position is. The closed position is shown in FIG.
  • the switch tongue 16 slides on switch chairs 18, each with a plate-shaped attached to the sleepers 14 Pad 20 are connected.
  • switch chair 18 and pad 20 made of steel.
  • the surface of the switch chair 18, which is the sliding plane for the Defined switch tongue 16 is formed by a plastic covering 22, hereinafter called plastic sliding plate according to the invention.
  • the plastic sliding plates 22 are attached to the switch chair 18, as described in detail in DE 26 31 594 B1.
  • Figure 2 shows a sectional view of the switch 10 with the rail 12 and Switch tongue 16, mounted on a threshold 24. At the point of the rail switch 10 in the area of the threshold 24, the switch tongue 16 is not on the head the rail 12, but keeps a distance from it. While the sectional view 1 shows the arrangement of the switch tongue 16 compared to the Rail 12 shows in a region of the free end of the switch tongue 16 is the Sectional view of Figure 2 at a point along the length of the switch tongue 16 shown, in which this (also in the closed position of the switch 10) one Keeps distance from the rail 12.
  • FIG. 2 also shows how the switch tongue 16 changes due to the Shear forces A can twist, so that no longer the entire lower surface with which the switch tongue 16 rests on the plastic sliding plate 22, but this acts with a lower edge 28 concentrated on the plastic sliding plate 22.
  • Figures 3A to 3C show a preferred embodiment of an inventive Slide plate 30, which on two long and a narrow side 32, 33, 34th has chamfered edge regions 36, 37, 38, so that the cross-sectional area is trapezoidal to the longitudinal direction of the slide plate.
  • the edge areas 36, 37, 38 engage with play in dovetail grooves of the switch chair.
  • the assembly, disassembly or replacement can be designed very simply by simply sliding the plate 30 in the dovetail grooves are inserted or pulled out of them. After the sliding plate 30 is inserted into its seat, it is only on a backing plate (similar to that in Figures 1 and 2 screwed with the reference numeral 27), what an unintentional sliding out of the sliding plate 30 from her Seat, for example by the sliding movement of the switch tongue 16 prevented.
  • the slide plate shown in FIGS. 3A to 3C has a special feature the surface 42 forming the sliding plane has a plurality of parallel grooves 44, which are arranged at an acute angle to the longitudinal direction of the sliding plate.
  • grooves have the advantage that dirt particles on the switch chair arrive, are pushed from the sliding plane into the grooves 44 and not permanently increase the friction between the slide plate and switch tongue. Because of the special orientation of the grooves 44 becomes that which accumulates there Dirt when moving the switch tongue to the edges of the slide plate 30 and transported out of the grooves 44. So you get during the Operation of a switch automatically self-cleaning in the area of the sliding plate 30th
  • the plastic sliding plate shown in the figures consists of a polyamide 6.6 as a matrix polymer in which a polytetrafluoroethylene is dispersed is incorporated.
  • the PTFE material is chemically on coupled the matrix polymer polyamide 6.6, which is dependent in FIG advantage shown by the PTFE mass fraction with regard to the increase in relative yield stress (improved mechanical property) results.
  • the upper curve shows the chemically coupled material
  • the lower curve shows the case in which the polyamide 6.6 and PTFE are present side by side without coupling.
  • FIG. 5 shows the development of the elastic modulus in the case with and without chemical coupling of polyamide 6.6 and PTFE in one Range of PTFE mass fractions from 0 to 50% shows.
  • a sliding plate with polyamide is used as a matrix polymer in one place, where extremely low ambient temperatures are expected, preference is given to an EPDM material finely dispersed in the matrix as an impact modifier used.
  • the proportions of the EPDM impact modifier can be up to 10% by weight. be.

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Abstract

Um eine Kunststoffgleitplatte (22) für Schienenweichen, welche an einem Weichenstuhl der Weichen auswechselbar montiert ist und eine Gleitebene für eine Zunge (16) der Weiche definiert, so weiterzubilden, dass sie den heutigen Anforderungen genügt und ein sicherer Weichenbetrieb unabhängig von der Jahreszeit möglich ist, wird vorgeschlagen, dass diese Kunststoffgleitplatte aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches ein eine Matrix bildendes Polymer und ein in der Matrix dispergiertes Fluorkohlenwasserstoffpolymer umfasst, wobei das Fluorkohlenwasserstoffpolymer chemisch mit dem Matrixpolymer gekoppelt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffgleitplatte für Schienenweichen, welche an einem Weichenstuhl der Weichen auswechselbar montiert ist und eine Gleitebene für eine Zunge der Weiche definiert.
Solche Gleitplatten sind beispielsweise aus der DE 26 31 594 bekannt.
Die früher ausschließlich und auch heute zum Teil noch gebräuchlichen Gleitplatten aus Metall erfordern eine regelmäßige Wartung, nämlich hauptsächlich ein in bestimmten Zeitintervallen zu wiederholendes Schmieren, um die für die Verschiebung der auf der Gleitplatte aufruhenden Weichenzunge notwendigen Kräfte möglichst klein zu halten. Außerdem dient die Schmierung als Korrosionsschutz der metallischen Weichengleitplatten, die zumeist aus Stahl gefertigt sind. Mit der Zeit verkrustet jedoch der aufgebrachte Schmierfilm durch Umgebungseinflüsse und vermindert so die Betriebssicherheit der Weiche. Der verkrustete Schmierfilm muss daher von Zeit zu Zeit mit speziellen Reinigungsgeräten entfernt werden. Diese regelmäßigen Wartungs- und Reinigungsarbeiten bedingen einen erheblichen Personal- und Kostenaufwand und stellen zudem ein erhebliches Risiko für das Wartungspersonal dar, da im Wartungs- und Reinigungsbereich ständig Züge auf den Schienen verkehren. Zudem lässt sich nach geraumer Zeit und vor allem bei Dunkelheit (verminderter Fahrbetrieb und damit bevorzugte Tageszeit für Wartungsarbeiten) durch die oberflächliche Verschmutzung der Weichengleitstühle nur mehr schwer erkennen, welche Stühle zu schmieren sind und welche nicht. Schließlich gelangen nicht unerhebliche Mengen an Schmiermittel sowie abgereinigte verkrustete Schmiermittelreste zusammen mit Reinigungsmittel ins Gleisbett Erdreich und stellen eine erhebliche, nicht vermeidbare Umweltverschmutzung dar.
Die bekannten Kunststoffgleitplatten bringen gegenüber den Metallgleitplatten ein erhebliches Maß an Verbesserung der Wartungsfreiheit.
Eine weitere wesentliche Verbesserung der Kunststoffgleitplatten ist aus der DE 34 06 726 bekannt. Dort wurde vorgeschlagen, dem Kunststoffmaterial Verstärkungsmaterialien in Faser- oder Schuppenform zuzugeben, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Dies brachte insbesondere eine Verbesserung der Gleitplatten in Bezug auf deren Widerstandsfähigkeit gegen hohe Belastungsspitzenwerte, wie sie beispielsweise beim Befahren der Weiche beobachtet werden, und die zum einen durch oszillierende Bewegungen zwischen Weichenstuhl und Weichenzunge im Augenblick des Überfahrens und zum anderen durch Verwindungen der Weichenzunge hervorgerufen werden. Häufig liegen die verwundenen Weichenzungen nicht an der zugehörigen Stockschiene an, wodurch dann beim Überfahren die einwirkende Kraft nicht flächig auf die Gleitplatte, sondern über eine Kante der Weichenzunge mit entsprechend hohen dynamischen Spitzenwerten übertragen wird.
Die genannten Kunststoffgleitplatten haben sich insbesondere bei kurzbauenden Weichen bewährt und sind langjährig im Einsatz. Mit dieser Technologie stößt man aber insbesondere bei Weichen mit normaler Länge und insbesondere bei überlangen Weichen, wie sie bei großen Kurvenradien erforderlich sind, an nicht zu überwindende Grenzen. Je länger bauend die Weichen, desto mehr Schwellen sind in den Weichenbereich einbezogen, und auf jeder Schwelle ist ein Weichenstuhl mit Gleitplatte vorzusehen. Weiter erfahren die Schwellen, auf denen die Weichengleitstühle montiert sind, durch den Fahrbetrieb mit der Zeit ein teiloder stellenweises Absenken. Hier macht sich insbesondere bemerkbar, dass nicht alle Weichenstühle in einer Ebene angeordnet sind, sondern mehr oder weniger hiervon abweichen. In der Folge ist die Belastung für die Gleitplatten einzelner Weichenstühle drastisch erhöht. Andererseits sind die Weichenantriebe zum Verschwenken der Weichenzungen mit nur geringer Reserve ausgelegt, so dass abgenutzte Gleitplatten oder in die Gleitplatten eingesunkene Weichenzungen einen verlässlichen Weichenbetrieb in Frage stellen. Dies bedeutet dann ein nicht mehr akzeptables Sicherheitsrisiko, dem man nur durch ein vorzeitiges Auswechseln der Gleitplatten begegnen kann. Andererseits wird parallel zu den gestiegenen Sicherheitsanforderungen der Bahnbetreiber eine Verlängerung der Wartungs- bzw. Austauschintervalle erwartet, da insbesondere bei Neubau- und Schnellfahrstrecken, bei denen die notwendige Infrastruktur (Bahnhöfe) weit entfernt liegt, extrem lange Wege zur Wartung und Instandhaltung zurückzulegen sind und das Risiko für das Wartungspersonal besonders hoch ist.
Die in der DE 34 06 726 vorgeschlagenen Werkstoffmodifizierungen zum Erzielen eines verbesserten Gleitreibungsverhaltens reichen mittlerweile bei den gestiegenen heutigen Anforderungen nicht mehr aus, um den tribologischen und mechanischen Festigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Einerseits müssten die den Reibwert absenkenden Festschmierstoffanteile weiter erhöht werden, was die mechanische Festigkeit, insbesondere die Schlagzähigkeit bzw. das Arbeitsaufnahmevermögen des Materials, insbesondere bei Betriebsbedingungen um den Gefrierpunkt, vermindert. Dies ließe sich in gewissen Grenzen durch Erhöhung des Fasergehalts eindämmen, eine Maßnahme, die allerdings schnell an Grenzen stößt.
Weiter bewirken die Zugaben von Festschmierstoffen eine deutliche Spreizung der Qualitätsbandbreite, was eine höhere Ausschussquote dieser sehr teueren Hochleistungskunststoffe zur Folge hat.
Begrenzend bei der Suche nach Verbesserungen ist auch die Forderung der Bahnbetreiber, dass für bereits mit herkömmlichen Kunststoffgleitplatten ausgerüstete Weichengleitstühle Austauschteile mit besserer Qualität, aber in ihren geometrischen Abmessungen und Formen nicht verändert, zur Verfügung gestellt werden. Damit scheiden einfache Maßnahmen wie die Vergrößerung der Auflageflächen, um somit spezifisch geringere Belastungen zu erzielen, von vornherein aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die eingangs beschriebene Kunststoffgleitplatte so weiterzubilden, dass sie den heutigen Anforderungen genügen und ein sicherer Weichenbetrieb unabhängig von der Jahreszeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Gleitplatten erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gleitplatte aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches ein eine Matrix bildendes Polymer und ein in der Matrix dispergiertes Fluorkohlenwasserstoffpolymer umfasst, wobei das Fluorkohlenwasserstoffpolymer chemisch mit dem Matrixpolymer gekoppelt ist.
Durch die chemische Kopplung des Fluorkohlenwasserstoffpolymers mit dem Matrixpolymer wird eine deutliche Festigkeitszunahme des Kunststoffmaterials beobachtet, verglichen mit derselben Materialkombination ohne chemische Kopplung.
Dadurch ist es möglich, bei gleichen Masseanteilen des Fluorkohlenwasserstoffpolymers und damit bei zumindest gleichen Reibwerten der Weichengleitplatte höhere mechanische Belastungen aufzunehmen, oder aber bei gleichen spezifischen mechanischen Belastungskennwerten durch eine höhere Zugabe der Fluorkohlenwasserstoffpolymere Reibungskennwerte und damit geringere Umstellkräfte zu erreichen.
Das Matrixpolymer lässt sich aus einer breiten Palette von Polymeren auswählen, und die bevorzugten Matrixpolymere sind ausgewählt aus Polyamiden, Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalaten und Polybutylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polyacetalen, thermoplastischen Polyurethanen und/oder Polyetheretherketonen.
Für die chemische Kopplung des Fluorkohlenwasserstoffpolymers an das Matrixpolymer bietet sich insbesondere die Strahlenvernetzung an.
Im Falle der Verwendung von Polyamid als Matrixpolymer und Polytetrafluorethylen erhält man bei der Strahlungskopplung über die Elektronenbestrahlung Carbonsäuregruppen am Polytetrafluorethylenpolymeren, wenn die Elektronenbestrahlung in Gegenwart von Sauerstoff erfolgt. Unter den Verarbeitungsbedingungen von Polyamid besitzen diese Carbonsäuregruppen eine solche Reaktivität, dass durch Umamidisierung PTFE-Polyamid-Blockcopolymere entstehen, die im Vergleich zu Werkstoffkombinationen, bei denen unbestrahltes PTFE und Polyamid nebeneinander vorliegen, ein wesentlich höheres Festigkeitsniveau erreichen.
Bevorzugte Kunststoffgleitplatten weisen über den Anteil an Fluorkohlenwasserstoffpolymeren hinaus weitere die Gleitreibung und den Verschleiß mindernde Additive auf.
Unter solchen Additiven werden bevorzugt MoS2, Graphit, Bornitrid, Polyimide, Polyphenylensulfone, Wachse, Öle und Fette.
Auf Grund der chemischen Kopplung des Fluorkohlenwasserstoffpolymers an das Matrixpolymer ist von Haus aus das Kunststoffmaterial mit einer höheren mechanischen Festigkeit ausgestattet, so dass Zusätze wie vorgenannte Additive diese Eigenschaften bei weitem weniger stark negativ beeinflussen als bei den herkömmlichen Materialien, die bei Kunststoffgleitplatten verwendet wurden.
Damit eröffnet sich auch mit diesen Additiven eine weitere Möglichkeit der Modifikation der Gleitplatten auf die jeweilige Anwendung hin.
Darüber hinaus ist es empfehlenswert, das Kunststoffmaterial der Gleitplatte mit festigkeitserhöhenden Verstärkungsstoffen zu versehen, wobei die Verstärkungsstoffe ausgewählt sind aus Kurz- und/oder Langfasern aus Glas, Kohlenstoff, Keflar, Metall, Hanf und Flachs.
Auf Grund der chemischen Kopplung des Fluorkohlenwasserstoffpolymers an die Polymermatrix und der damit einhergehenden Festigkeitszunahme kann der Masseanteil der Verstärkungsstoffe im Kunststoffmaterial reduziert und damit deren negativer Einfluss auf die Gleitreibung und Schlagzähigkeit begrenzt werden.
Eine Minimierung der negativen Einflüsse auf die Gleitreibung erzielt man zusätzlich, wenn die in dem Kunststoffmaterial enthaltenen Fasern eine Vorzugsrichtung aufweisen, welche parallel zu der Bewegungsrichtung der Weichenzunge in der Gleitebene liegt.
Bei der Verwendung von Verstärkungsfasern werden diese ebenfalls bevorzugt chemisch an die Polymermatrix angebunden, was dann zu einer weiteren Festigkeitszunahme führt und eine weitere Gestaltungsmöglichkeit hinsichtlich der Optimierung von Gleitreibung, Verschleiß, Festigkeit und nicht zuletzt der Herstellkosten mit sich bringt.
Daneben kann das Kunststoffmaterial der erfindungsgemäßen Gleitplatte auch Füllstoffe enthalten, um vor allem den Materialpreis zu optimieren.
Geeignete Füllstoffe für das Kunststoffmaterial der Gleitplatte sind z. B. Kaolin, Talkum, Calciumcarbonat, Siliziumcarbide, Wollastonit, Glimmer oder TiO2.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial der erfindungsgemäßen Gleitplatte zusätzlich auf das Matrixpolymer abgestimmten Schlagzähmodifier umfasst, wobei dieser hauptsächlich dann eingesetzt wid, wenn extrem tiefe Betriebstemperaturen zu erwarten sind.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1:
eine schematische Schnittansicht durch eine Weiche mit einem Weichenstuhl mit erfindungsgemäßer Kunststoffgleitplatte;
Figur 2:
eine Schnittansicht ähnlich wie Figur 1, jedoch mit einer anderen Stellung der Weichenzunge der Weiche;
Figur 3A bis 3C:
eine Draufsicht bzw. Schnittansichten einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gleitplatte;
Figur 4:
ein Diagramm der relative Streckspannung in Prozent gegenüber dem Masseanteil von PTFE in einem Kunststoffmaterial der erfindungsgemäßen Gleitplatte;
Figur 5:
ein Diagramm der Entwicklung des E-Moduls in Abhängigkeit des PTFE-Massenanteils (Prozent) in dem Kunststoffmaterial der erfindungsgemäßen Gleitplatte;
Figur 6:
ein Diagramm des Verhaltens des Gleitreibungskoeffizienten mit länger werdendem Gleitweg, d.h. länger Betriebsdauer einer erfindungsgemäßen Gleitplatte; und
Figur 7:
ein Diagramm betreffend den Verschleiß in Prozent einer erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen Gleitplatte bei einem Verschleißweg von 4000 m.
Bei der in Figur 1 ausschnittsweise im Schnitt dargestellten Schienenweiche 10 ist eine Schiene 12 in herkömmlicher Weise auf Schwellen 14 aus Holz, Beton oder einem anderen Material befestigt. Wesentlicher Bestandteil der Weiche 10 ist eine Weichenzunge 16, die mittels eines an ihr angelenkten Gestänges (nicht dargestellt) in herkömmlicher Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Antriebsmotors, zwischen einer Offen- und einer Schließstellung hin und her verschieblich ist. In Figur 1 ist die Schließstellung dargestellt. Bei ihrer Verschiebung zwischen der Offen- und der Schließstellung gleitet die Weichenzunge 16 auf Weichenstühlen 18, welche jeweils mit einer auf den Schwellen 14 befestigten, plattenförmigen Unterlage 20 verbunden sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform bestehen Weichenstuhl 18 und Unterlage 20 aus Stahl. Die Oberfläche des Weichenstuhls 18, welche die Gleitebene für die Weichenzunge 16 definiert, wird von einem Kunststoffbelag 22 gebildet, im Folgenden erfindungsgemäße Kunststoffgleitplatte genannt.
Die Befestigung der Kunststoffgleitplatten 22 auf dem Weichenstuhl 18 erfolgt, wie dies im Einzelnen in der DE 26 31 594 B1 beschrieben ist.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Weiche 10 mit der Schiene 12 und der Weichenzunge 16, montiert auf einer Schwelle 24. An der Stelle der Schienenweiche 10 im Bereich der Schwelle 24 liegt die Weichenzunge 16 nicht am Kopf der Schiene 12 an, sondern hält zu diesem einen Abstand. Während die Schnittdarstellung der Figur 1 die Anordnung der Weichenzunge 16 gegenüber der Schiene 12 in einem Bereich des freien Endes der Weichenzunge 16 zeigt, ist die Schnittdarstellung der Figur 2 an einem Punkt entlang der Länge der Weichenzunge 16 gezeigt, bei der diese (auch in Schließstellung der Weiche 10) einen Abstand von der Schiene 12 hält.
Wird die Weiche von einem Fahrzeug überfahren, so ergeben sich insbesondere in der Situation, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, Querkräfte, die von einem die Weiche überfahrenden Rad 26 erzeugt werden. Die Querkräfte sind mit einem Pfeil A in Figur 2 gekennzeichnet. Darüber hinaus ergeben sich oszillierende Kräfte, die mit einem Doppelpfeil B gekennzeichnet sind, wobei diese Verschiebebewegung gemäß Doppelpfeil B unter einer erhöhten Last, nämlich der Radlast, stattfindet, und damit eine stärkere Verschleißsituation gegeben ist.
Aus Figur 2 wird auch ersichtlich, wie die Weichenzunge 16 sich auf Grund der Querkräfte A verwinden kann, so dass nicht mehr die gesamte untere Fläche, mit der die Weichenzunge 16 auf der Kunststoffgleitplatte 22 aufliegt, sondern diese mit einer unteren Kante 28 konzentriert auf die Kunststoffgleitplatte 22 einwirkt.
Demgegenüber werden solche Querkräfte bei einer Stellung von Weichenzunge 16 und Schiene 12, die in Figur 1 gezeigt ist, vom Kopf der Schiene 12 aufgefangen, so dass sich in dieser Situation das Problem der Querkräfte allenfalls in geringerem Maße stellt.
Trotzdem müssen alle zu verwendenden Gleitplatten für dieselbe Anforderung ausgelegt werden, zum einen, um ein Verwechseln bei der Montage zu verhindern, und zum anderen, um die Bevorratung von Weichengleitplatten zu minimieren.
Die Figuren 3A bis 3C zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitplatte 30, welche auf zwei Lang- und einer Schmalseite 32, 33, 34 abgeschrägte Randbereiche 36, 37, 38 aufweist, so dass die Querschnittsfläche quer zur Längsrichtung der Gleitplatte trapezförmig ist.
Im montierten Zustand greifen die Randbereiche 36, 37, 38 mit Spiel in Schwalbenschwanznuten des Weichenstuhls ein. Die Montage, Demontage bzw. Auswechslung lässt sich so sehr einfach gestalten, indem die Gleitplatte 30 einfach in die Schwalbenschwanznuten eingeschoben oder aus ihnen herausgezogen wird. Nachdem die Gleitplatte 30 in ihren Sitz eingeschoben ist, wird lediglich noch an ihrer Rückseite 40 seitens des Weichenstuhls eine Anschlagplatte (ähnlich dem in den Figuren 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 27 bezeichneten Element) aufgeschraubt, was ein unbeabsichtigtes Herausschieben der Gleitplatte 30 aus ihrem Sitz, beispielsweise durch die Verschiebebewegung der Weichenzunge 16, verhindert.
Die in den Figuren 3A bis 3C dargestellte Gleitplatte weist als Besonderheit an der die Gleitebene bildenden Oberfläche 42 eine Vielzahl paralleler Nuten 44 auf, die in spitzem Winkel gegen die Längsrichtung der Gleitplatte angeordnet sind.
Diese Nuten haben den Vorteil, dass Schmutzpartikel, die auf den Weichenstuhl gelangen, von der Gleitebene in die Nuten 44 geschoben werden und nicht permanent die Reibung zwischen Gleitplatte und Weichenzunge erhöhen. Auf Grund der speziellen Ausrichtung der Nuten 44 wird der sich dort ansammelnde Schmutz bei der Verschiebung der Weichenzunge zu den Rändern der Gleitplatte 30 und aus den Nuten 44 heraus transportiert. Damit erhält man während des Betriebs einer Weiche automatisch eine Selbstreinigung im Bereich der Gleitplatte 30.
Erfindungsgemäß besteht die in den Figuren gezeigte Kunststoffgleitplatte aus einem Polyamid 6.6 als Matrixpolymer, in dem ein Polytetrafluorethylen dispergiert eingearbeitet ist. Erfindungsgemäß ist dabei das PTFE-Material chemisch an das Matrixpolymere Polyamid 6.6 gekoppelt, wodurch sich der in Figur 4 in Abhängigkeit vom PTFE-Massenanteil gezeigte Vorteil bezüglich des Ansteigens der relativen Streckspannung (verbesserte mechanische Eigenschaft) ergibt. Die obere Kurve zeigt dabei das chemisch gekoppelte Material, die untere Kurve zeigt den Fall, bei dem das Polyamid 6.6 und PTFE ohne Kopplung nebeneinander vorliegen.
Den selben Fall betrifft die Figur 5, die hier die Entwicklung des Elastizitätsmoduls im Falle mit und ohne chemische Kopplung von Polyamid 6.6 und PTFE bei einem Bereich von PTFE-Massenanteilen von 0 bis 50 % zeigt.
In der Folge beobachtet man ein deutlich anderes Gleitreibungsverhalten, wie sich dies insbesondere über einen längeren Gleitweg, d. h. eine längere Gebrauchsdauer, der Kunststoffgleitplatten bemerkbar macht.
Figur 6 macht deutlich, dass insbesondere über den längeren Gebrauch der Gleitplatten sich nur eine gering ansteigende Erhöhung des Gleitreibungskoeffizienten bei chemisch gekoppelten PA 6.6-PTFE-Materialien ergibt, während bei chemisch nicht gekoppelten Materialien ein anfangs zunächst ähnlicher Gleitreibungskoeffizient erhalten wird, dieser jedoch über die Zeit der Benutzung der Gleitplatte drastisch ansteigt und damit die Umstellkräfte der Weichenzunge erheblich erhöht.
Dieses Ergebnis schlägt sich dann schließlich im Verschleiß, der in Figur 7 gezeigt ist, nieder, wobei bei einem Gleitweg von 4000 m ein um ein Vielfaches höherer Verschleiß für das chemisch nicht gekoppelte Material gegenüber dem chemisch gekoppelten Material erhalten wird. Die in den Figuren 6 und 7 untersuchten Materialien hatten jeweils einen PTFE-Anteil von 15 Gew.% und waren jeweils frei von weiteren, eingangs beschriebenen Additiven bis auf 30 Gew.% Kohlenstofffasern mit einer mittleren Länge von 0,2 bis 0,3 mm.
Soll eine Gleitplatte mit Polyamid als Matrixpolymer an einem Ort eingesetzt werden, wo extrem tiefe Umgebungstemperaturen zu erwarten sind, dann wird bevorzugt ein EPDM-Material fein dispergiert in der Matrix als Schlagzähmodifier eingesetzt. Die Anteile des EPDM-Schlagzähmodifiers können bis zu 10 Gew.% betragen.

Claims (11)

  1. Kunststoffgleitplatte für Schienenweichen, welche an einem Weichenstuhl der Weichen auswechselbar montierbar ist und eine Gleitebene für eine Zunge der Weiche definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitplatte aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches ein eine Matrix bildendes Polymer und ein in der Matrix dispergiertes Fluorkohlenwasserstoffpolymer umfasst, wobei das Fluorkohlenwasserstoffpolymer chemisch mit dem Matrixpolymer gekoppelt ist.
  2. Gleitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Kopplung der Fluorkohlenwasserstoffpoylmere an das Matrixpolymer mittels Strahlenvernetzung erzeugt ist.
  3. Gleitplatte nach Anspruch loder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixpolymer ausgewählt ist aus Polyamiden, Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalaten und Polybutylenterephthalaten, Polyphenylensulfiden, Polyacetalen, thermoplastischen Polyurethanen und/oder Polyetheretherketonen.
  4. Gleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Gleitplatte Gleitreibung und Verschleiß mindernde Additive umfasst.
  5. Gleitplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitreibung und Verschleiß mindernden Additive ausgewählt sind aus MoS2, Graphit, Bornitrid, Polyimiden, Polyphenylensulfonen, Wachsen, Ölen und Fetten.
  6. Gleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Gleitplatte festigkeitserhöhende Additive umfasst.
  7. Gleitplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die festigkeitserhöhenden Additive ausgewählt sind aus Kurz- und/oder Langfasern aus Glas, Kohlenstoff, Keflar, Metall, Hanf und Flachs.
  8. Gleitplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Kunststoffmaterial enthaltenen Fasern eine Vorzugsrichtung aufweisen, welche parallel zu der Bewegungsrichtung der Weichenzunge in der Gleitebene ausgerichtet ist.
  9. Gleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Gleitplatte Füllstoffe enthält.
  10. Gleitplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe ausgewählt sind aus Kaolin, Talkum, Calciumcarbonat, Siliziumcarbid, Wollastonit, Glimmer oder TiO2.
  11. Gleitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial der Gleitplatte einen Schlagzähmodifier umfasst.
EP02003611A 2001-04-05 2002-02-16 Kunststoffgleitplatte für Schienenweichen Expired - Lifetime EP1247899B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10116992A DE10116992C1 (de) 2001-04-05 2001-04-05 Kunststoffgleitplatte für Schienenweichen
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