EP1738027B1 - Rahmenschwelle für einen eisenbahnschotteroberbau und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Rahmenschwelle für einen Eisenbahnschotteroberbau bestehend aus zwei Querschwellen mit zwei unter den Schienen verlaufenden Längsträgern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schwelle.
• Monolithische Spannbetonschwellen bestehend aus Querschwellen und unter den Schienen verlaufenden Längsträgern, im folgenden als Rahmenschwellen bezeichnet, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Ihre Vorteile gegenüber dem klassischen Schotteroberbau mit Querschwellen allein bestehen einmal in der vergrößerten Auflagerfläche auf dem Schotter, zum anderen im erhöhten Querverschiebewiderstand der Einzelschwellen und in der besseren horizontalen Rahmentragwirkung des Gleisrostes.
• Bekannte Ausführungsarten der Rahmenschwelle gemäß DE 198 42 312 C1 oder AT 408 774 A zeigen allerdings in Hinsicht auf die Stopfarbeiten im Gleis erhebliche Nachteile.
• Üblicherweise werden Querschwellen auf beiden Seiten jeder Schiene durchgehend mit einer auf dem Gleis fahrenden Maschine gestopft. Dabei wird nur der schmale Bereich unter den Schienen nicht erfaßt, weil die von oben angreifenden Stopfpickel diesen Abschnitt nicht erreichen können. Die breiten Längsträger der Rahmenschwellen vergrößern diesen nicht erfaßbaren Bereich und behindern damit die notwendige Schotterverdichtung unter den Querschwellen deutlich stärker. Breite Längsträger bei Rahmenschwellen sind deshalb für die als ersten Arbeitsgang durchzuführende Querschwellenstopfung ungünstig.
• Darüberhinaus ist bei Rahmenschwellen ein zweiter Stopfvorgang zur Verdichtung des Schotters unter den Längsträgern erforderlich, der mit Hilfe einer zweiten, speziellen Maschine im Anschluß an die Stopfung der Querschwellen vorgenommen wird. Kosten und Zeitbedarf für die Stopfarbeiten werden damit erhöht.
• Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die genaue Höhenlage des Gleises im Zuge der Querschwellenstopfung geschaffen wird. Bei der anschließenden Längsträgerstopfung ist aber eine unbeabsichtigte Anhebung der gesamten Rahmenschwelle durch zu intensives Stopfen möglich. Beide Stopfvorgänge beeinflussen sich also gegenseitig in Hinsicht auf die Höhenlage der Schwellen. Eine Lageverschlechterung des Gleises bei unsachgemäßer Stopfung der Längsträger ist nicht auszuschließen.
• Als Nachteil monolithischer Rahmenschwellen gilt weiterhin, daß bei schlechter Gleisunterhaltung örtliche Hohllagen auftreten, die zu einer Verwindung des Rahmens bis zu dessen Bruch führen können. Dieser Nachteil kann bisher nur durch eine kräftige, zweiachsige Vorspannung des Rahmens beseitigt werden. Die dazu notwendigen Fertigungseinrichtungen sind jedoch aufwendig und kostensteigernd.
• Die Fertigung von Rahmenschwellen in Form momolithischer Tragelemente erfordert weiterhin den Bau neuartiger Fertigungseinrichtungen, die eine gleichzeitige, zweiachsige Vorspannung in Längs- und Querrichtung des Rahmens ermöglichen.. Bestehende Anlagen zur Herstellung von Querschwellen sind nicht einsetzbar. Synergieeffekte in der Fertigung sind deshalb nicht möglich.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rahmenschwelle zu schaffen, bei der die Randbedingungen für ein wirkungsvolles Stopfen vereinfacht und verbessert sind, bei der die Bruchgefahr infolge einer Verwindung der Rahmenschwelle deutlich reduziert wird und die unter Anwendung vorhandener Querschwellenfertigungen herstellbar ist.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 der Erfindung gelöst.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die oben genannten Nachteile der Rahmenschwelle vorzugsweise durch eine raumsparende Ausbildung der Längsträger beseitigt werden können, die einerseits horizontal eine möglichst schubsteife Verbindung zwischen den Querschwellen schafft und andererseits eine gegenseitige Verwindung der Querschwellen erlaubt. Außerdem sollen sich die Längsträger nachträglich und unabhängig von der Querschwellenfertigung herstellen lassen.
• Mit der in der Erfindung vorgeschlagenen Auflösung des Längsträgers in mehrere, fachwerk- und rahmenartig wirkende Diagonalstäbe läßt sich diese Erkenntnis in folgender Weise verwirklichen.
• Die fachwerkartige Anordnung der Diagonalstäbe im Schwellengrundriß führt zu einer Reihe von Vorteilen:
• Der breite Längsträger bekannter Rahmenschwellen wird ersetzt durch mindestens zwei Diagonalstäbe, deren geringer Platzbedarf die Schienenfußbreite im wesentlichen nicht überschreitet Damit ist ein unbehindertes und wirksames Stopfen der Querschwellen möglich. Das Stopfen der Längsträger und damit das Risiko einer unbeabsichtigten Verschlechterung der Gleislage entfällt.
• Die aus der horizontalen Rahmentragwirkung entstehenden Schubkräfte zwischen den Querschwellen werden durch die als Fachwerk wirkenden Diagonalstäbe sicher übertragen.
• Die Verankerung der Diagonalstäbe erfolgt nicht im hochbeanspruchten Auflagerbereich der Querschwellen, sondern dank der Diagonalstabspreizung seitlich davon in weniger beanspruchten Zonen.
• In der Vertikalebene liegen die Diagonalstäbe hingegen vorzugsweise übereinander in zwei horizontalen Ebenen und führen damit zu folgenden Eigenschaften der Rahmenschwelle:
• Die elastischen Diagonalstäbe bilden zusammen mit den Querschwellen einen Rahmen, der bei einer gegenseitigen Verwindung der Querschwellen größere Vertikalverformungen ohne Überlastung der Einzelteile aufnimmt. Die Bruchgefahr beim Auftreten von örtlichen Hohllagen wird damit deutlich verringert.
• Das unerwünschte Kippen der Querschwellen um ihre Längsachse unter der Radlast wird wie bei bekannten Rahmenschwellen weitgehend beseitigt dadurch, daß die Rahmenwirkung eine gegenseitige Verdrehung der beiden angeschlossenen Querschwellen verhindert.
• Als Reaktion auf das Kippen der Querschwellen entstehen in den Diagonalstäben Zug- und Druckkräfte. Die in Querschwellenlängsachse gerichteten Kraftkomponenten der Diagonalstäbe sollten sich dabei gegenseitig ausgleichen. Um diesen Kraftausgleich zu erreichen, müssen die Diagonalstäbe symmetrisch zur Gleislängsachse angeordnet sein.
• Die übereinanderliegenden Diagonalstäbe bilden eine ausreichend große, vertikale Fläche zur Aktivierung des quer zum Gleis wirkenden Schotterwiderstandes. Dadurch bleibt der Querverschiebewiderstand der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle gegenüber bekannten Ausführungsarten weitgehend erhalten.
• Die Verwendung der Diagonalstäbe führt auch in Hinsicht auf die erforderlichen Fertigungsvorrichtungen zu Vorteilen:
• Wegen der erfindungsgemäßen Auflösung der Längsträger in Diagonalstäbe entfällt auch die bisher bei monolithischen Rahmenschwellen erforderliche, zweiachsige Vorspannung. Damit können die einachsig vorgespannten Querschwellen vorab in schon vorhandenen Anlagen hergestellt werden. Der Zusammenbau zu einer Rahmenschwelle erfolgt in einem weiteren Fertigungsschritt.
• Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt wegen der Beschränkung auf bekannte Einzelschritte, wie z.B. das Einbauen und Verpressen der Diagonalstäbe zu einfachen Arbeitsvorgängen und geringen Investitionen für die Fertigung.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
  Es zeigen:

Fig. 1

eine Draufsicht der Rahmenschwelle bestehend aus zwei üblichen Spannbetonquerschwellen und zwei Längsträgern in Form übereinander angeordneter, sich mittig kreuzender Diagonalstäbe.

Fig. 2

einen Querschnitt a-a der Rahmenschwelle im Bereich der Diagonalstäbe.

Fig. 3

die Prinzipdarstellung einer kippbaren Fertigungsplattform zum Zusammenbau der Querschwellen mit den Diagonalstäben.

• Die Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsart der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle besteht einerseits aus zwei üblichen Spannbetonquerschwellen 1 und andererseits aus jeweils zwei unter den Schienen liegenden,gekreuzten Diagonalstäben 2. Als Diagonalstäbe 2 dienen Stabelemente 3 in Form von gerippten Bewehrungsstäben, die in rohrförmigen Öffnungen 4 der Querschwellen 1 enden und dort mit Verpressmörtel 6 über Haftung verankert sind. Zwischen den Querschwellen 1 ist jeder Bewehrungsstab durch ein kräftiges Schutzrohr 5 aus Kunststoff, Stahl oder einer Kombination beider Materialien gegen mechanische Angriffe und Korrosion gesichert, wobei der Raum zwischen dem Schutzrohr 5 und dem Bewehrungsstab zur weiteren Erhöhung der Korrosionbeständigkeit ebenfalls mit Verpressmörtel 6 verfüllt werden kann.
• Als Querschwellen 1 können je nach Anforderung beliebige Schwellentypen eingesetzt werden. Die Anzahl und Größe der vorzusehenden Diagonalstäbe 2 hängt einerseits von der Beanspruchung der Rahmenschwelle ab. Andererseits ist auch die Lage der Spannbewehrung in den Querschwellen 1 von Bedeutung, da die rohrförmigen Öffnungen 4 zwischen den einzelnen Vorspannelementen der Querschwellen 1 Platz finden müssen.
• Die Schutzrohre 5. enden in konusartigen Anschlußstücken 7 als separates Teil der rohrförmigen Öffnungen 4. Zur Abdichtung der Fuge können Dichtungsringe als Stirndichtung zwischen den Anschlußstücken 7 und den Schutzrohren 5 vorgesehen werden.
• Eine weitere Ausführungsart der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle sieht vor, als Stabelemente 3 übliche Stabstahlprofile mit zweckmäßiger Querschnittsform zu verwenden. Wird bei der Wahl des Profils ein planmäßiger Rostabtrag bereits berücksichtigt, so kann der Einbau von Schutzrohren 5 entfallen.
• Fig. 3 zeigt in Prinzipdarstellung die für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren geeignete Fertigungsplattform 8, auf welche die bereits vorab hergestellten Querschwellen 1 paarweise in Überkopflage aufgelegt werden, wobei die Schienenauflager der Querschwellen 1 in ausgerichtete Gegenlager einrasten. Anschließend werden, falls vorgesehen, die Schutzrohre 5 eingebaut und die Stabelemente 3 eingeschoben.
  Mit dem Kippen der Fertigungsplattform 9 um die zentrale Drehachse 9 wirkt das Gewicht der jetzt oben liegenden Querschwelle auf die untere abgestützte Querschwelle und erzeugt dabei den für eventuell vorgeehene Dichtungsringe notwendigen Preßdruck. Über den Verpressmörtelanschluß 10 wird dann der Verpressmörtel 6 von unten nach oben ansteigend injiziert. Um Lufteinschlüsse im Verpreßmörtel 6 zu vermeiden, sollte der Kippwinkel der Fertigungsplattform 8 vorzugsweise mindestens 45° gegen die Horizontale erreichen. Die Enden der rohrförmigen Öffnungen 4 werden nach Abschluß des Verpressvorganges mit wiedergewinnbaren Stopfen verschlossen.
• Abschließend folgt das Rückdrehen der Fertigungsplattform 8 in die Horizontallage und das sofortige Umsetzen der Rahmenschwelle auf einen Erhärtungsplatz, wo sie bis zur ausreichenden Erhärtung des Verpressmörtels 6 verbleibt.
• Die Herstellung der rohrförmigen Öffnungen 4 in den Querschwellen 1 kann abhängig von der Fertigungsmenge und der Lage der Spannbewehrung in den Querschwellen 1 auf unterschiedliche Weise erfolgen.
• Bei geringer Fertigungsmenge und wenig Platz zwischen der Spannbewehrung der Querschwellen 1 werden die Öffnungen 4 zweckmäßigerweise durch Einbauteile, wie z.B. übliche, gewellte Hüllrohre mit speziellen konusartigen Abschlußstücken 7 geschaffen, die vor dem Betonieren in die Schalungsform eingelegt werden..
• Unter umgekehrten Bedingungen ist das Bohren der Öffnungen 4 an den fertigen Querschwellen 1 vorzuziehen, wobei auf ausreichenden Abstand der Bohrlöcher von den Spannelementen und auf ausreichende Rauhigkeit der Bohrlochwände zu achten ist.
• Die Herstellung der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle ist nicht auf das hier vorgeschlagene Verfahren beschränkt. Die Schwelle kann ebenso mit bekannten Methoden im einstufigen Verfahren produziert werden.
• Eine bevorzugte, einstufige Herstellart besteht zum Beispiel darin, zwischen zwei nebeneinander angeordneten Formen die Diagonalstäbe 2 einzulegen und dann beide Schwellen gleichzeitig zu betonieren. Die durch Schlitze in die Formen hineinragenden Enden der Diagonalstäbe 2 werden mit der Erhärtung des Querschwellenbetons auf Haftung verankert. Das Herstellen der Öffnungen 4 und der spätere Verpressvorgang entfallen.

Claims (11)

1. Rahmenschwelle bestehend aus zwei Querschwellen (1) und zwei im wesentlichen unter den Schienen verlaufenden Längsträgereinheiten dadurch gekennzeichnet, daß
   zwischen den Querschwellen (1) jede Längsträgereinheit aus mindestens zwei fachwerkartig angeordneten Diagonalstäben (2) besteht, die sich in der Mitte des Abstandes zwischen den Querschwellen (1) kreuzen.
2. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
   die Diagonalstäbe (2) übereinander in mindestens zwei horizontalen Ebenen liegen.
3. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß
   die Diagonalstäbe (2) symmetrisch zur Gleisachse angeordnet sind.
4. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß
   jeder Diagonalstab (2) aus mindestens einem Stabelement (3) besteht, das beidseitig in rohrförmigen Öffnungen (4) der Querschwellen (1) mit Verpreßmörtel (6) über Haftung verankert ist,
5. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß
   das Stabelement (3) als üblicher Bewehrungsstahl ausgebildet ist.
6. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß
   jedes Stabelement (3) aus üblichem Bewehrungsstahl ein zwischen den Querschwellen (1) angeordnetes Schutzrohr (5) aufweist.
7. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß
   jedes Stabelement (3) aus üblichem Bewehrungsstahl auf seiner ganzen Länge von Verpressmörtel (6) umhüllt ist.
8. Rahmenschwelle gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß
   jedes Stabelement (3) aus einem Stabstahlprofil besteht.
9. Verfahren zur Herstellung der Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß
   in einem ersten Fertigungsschritt Querschwellen (1) beliebiger Bauart in bekannten Fertigungseinrichtungen hergestellt und zusätzlich mit rohrförmigen Öffnungen (4) zur späteren Durchführung und Verankerung von Stabelementen (3) ausgestattet werden,
   in einem zweiten Fertigungsschritt jeweils zwei Querschwellen (1) auf einer kippbaren Fertigungsplattform (8) in Überkopflage aufgelegt, planmäßig ausgerichtet und mit Stabelementen (3) ausgerüstet werden,
   in einem dritten Fertigungsschritt die Fertigungsplattform (8) um die Drehachse (9) bis zu mindestens 45° gegen die Horizontale gekippt wird und in dieser Lage die Verpressung der Staabelemente (3) mit Fließrichtung von unten nach oben erfolgt und
   in einem vierten Fertigungsschritt nach dem Rückdrehen der Fertigungsplattform (9) in die Horizontallage die Rahmenschwellen auf benachbarte Erhärtungsplätze abgelegt werden, um dort bis zur ausreichenden Erhärtung des Verpreßmörtels (6) zu verbleiben:
10. Verfahren gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß
    die rohrförmigen Öffnungen (4) in den Querschwelllen (1) durch Einbauteile geschaffen werden, die vor dem Betonieren der Querschwellen (1) in der Schalungsform montiert werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß
    die rohrförmigen Öffnungen (4) nachträglich in die fertigen Querschwellen (1) gebohrt werden.

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