EP2204494A1

EP2204494A1 - Elastische Spannklemme sowie Schienenbefestigung hierfür

Info

Publication number: EP2204494A1
Application number: EP08172979A
Authority: EP
Inventors: Winfried BÖSTERLING; Farhad Esfandiyari; Michael Steidl
Original assignee: Vossloh Werke GmbH
Current assignee: Vossloh Werke GmbH
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-07
Also published as: TWI428492B; ES2553601T3; MX2011006523A; DK2370634T3; WO2010076047A1; UA103357C2; US20110315784A1; GEP20135949B; AU2009335235B2; US8430335B2; EP2370634B1; AP2011005769A0; CN102272382B; CO6410248A2; EP2370634A1; HRP20151220T1; EA017980B1; CU23984B1; CA2748290C; CA2748290A1

Abstract

Eine elastische Spannklemme aus Federstahl zur Schienenbefestigung umfasst eine Mittelschleife (44) mit zwei durch ein bogenförmiges Mitteilteil (48) verbundenen Innenschenkeln (46) sowie Schlaufen (42), die sich an die Innenschenkel (46) der Mittelschleife (44) anschließen und zu den freien Enden (50) der Spannklemme (40) verlaufen. Die Schlaufen (42) sind so geformt, dass sie im unbelasteten Zustand jeweils eine maximale Höhe (H) von mindestens 20mm über der oberen Ebene (E 2 ) der Mittelschleife (44) im Bereich der zwei Innenschenkel (46) besitzen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elastische Spannklemme gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Schienenbefestigungsanordnung umfassend eine derartige Spannklemme.
Spannklemmen zur Schienenbefestigung sind seit langem bekannt und haben sich in umfangreichem Einsatz bewährt. Die elastischen Spannklemmen werden mittels in den Schwellen zu verankernden Schrauben auf den Fuß der Schiene gepresst, wie beispielsweise in der DE 32 43 895 A1 beschrieben wird. Die darin beschriebene Spannklemme lässt sich bereits im Schwellenwerk vormontieren und zur endgültigen Verspannung der Schiene im Gleis aus ihrer Vormontagestellung um 180° in die Montagestellung drehen. Die Spannklemme umfasst dabei ein bogenförmiges Mittelteil sowie zwei sich an das Mittelteil anschließende Schenkel. Das bogenförmige Mittelteil und die sich daran anschließenden Schenkel umgeben in ihrer Einbaustellung den Schaft einer Schwellenschraube zur Befestigung auf einer Schwelle. Die elastische Befestigung der Schiene erfolgt über sich an die Innenschenkel anschließende Abschnitte der Spannklemme, die auf den Fuß einer Schiene drücken. Zusätzlich zu der elastischen Spannklemme umfasst die Schienenbefestigungsanordnung 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 können.
Aufgrund einer zunehmenden Automatisierung im Gleisbau im Rahmen der Vormontage wurde eine weitere Schienenbefestigung entwickelt, die aus ihrer Vormontagestellung in die Montagestellung nicht mehr gedreht werden muss, sondern horizontal senkrecht zur Schiene verschoben werden kann. Eine derartige Spannklemme ist in der DE 33 34 119 C2 beschrieben. Auch diese Spannklemme wirkt mit einer speziell auf die Spannklemme abgestimmten Führungsplatte zusammen, um die auftretenden Kräfte in die Schwelle einzuleiten.
Aus der EP 1 246 970 B1 ist eine elastische Spannklemme bekannt geworden, die gestaltet ist, um ein Verketten einer Vielzahl von baugleichen Spannklemmen in einem Vorratsbehälter verhindern soll. Auch diese Maßnahme dient dazu, eine zunehmende Automatisierung des Gleisbaus im Rahmen der Vormontage im Schwellenwerk zu ermöglichen.
Bei der Gleismontage an Schwellen mit vormontierten Schienenbefestigungsanordnungen treten allerdings Schwierigkeiten auf. Die schweren Schienen werden häufig nicht ausreichend hoch angehoben, bevor diese in den Schienenkanal zwischen zwei Schienenbefestigungsanordnungen abgesenkt werden.
Fig. 6 gibt hierzu ein Beispiel aus dem Stand der Technik wieder. Dargestellt ist eine Schwelle 10, der Schienenkanal 14 neben einer vormontierten Schienenbefestigungsanordnung sowie eine auf einer Winkelführungsplatte 18 aufgelegte Spannklemme 30, die im unbelasteten Zustand mittels einer Schwellenschraube 24 an der Schwelle vormontiert ist, wobei der Kopf 26 der Schwellenschraube 24 auf der Spannklemme 30 aufliegt.
Wenn nun im Rahmen der Schienenmontage die Schiene 32 nicht weit genug angehoben wird, kommt es zur Auflage der Schiene 32 auf dem Kopf 26 der Schwellenschraube 24, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Wird daraufhin die Schiene weiter in Pfeilrichtung A in Richtung des Schienenkanals 14 bewegt, so werden die Schwellenschrauben 24 durch das hohe Gewicht der Schienen "mitgezogen" und verbiegen diese. Mit anderen Worten kann bei einem hohen Auflagegewicht der Schiene auf dem Kopf der Schwellenschraube die hierdurch erzeugte Reibkraft so groß werden, dass der Kopf der Schwellenschraube nicht mehr unter dem Schienenfuß durchrutschen kann, sondern in Bewegungsrichtung A verbogen wird. Die Folge daraus ist, dass bei der anschließenden Montage der Schienenbefestigungsanordnung die verbogenen Schwellenschrauben herausgedreht und durch neue Schrauben ersetzt werden müssen, was zeit- und kostenintensiv ist, vor allem aber im Rahmen einer automatisierten Schienenmontage erhebliche Probleme bereitet. Vorhandene Schienenverlegemaschinen sind oftmals nicht so ausgelegt, dass die Schiene ausreichend angehoben werden kann, um eine Auflage der Schiene auf der Schwellenschraube sicher verhindern zu können.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Spannklemme sowie eine Schienenbefestigungsanordnung unter Verwendung einer derartigen Spannklemme vorzuschlagen, die verbesserte Eigenschaften in Bezug auf den Montageaufwand aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch eine elastische Spannklemme zur Schienenbefestigung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Schienenbefestig-ungsanordnung umfassend eine erfindungsgemäße Spannklemme wird durch die Merkmale des Anspruchs 10 beschrieben. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den übrigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße, elastische Spannklemme zur Schienenbefestigung besteht aus Federstahl und umfasst eine Mittelschleife mit zwei, durch ein bogenförmiges Mittelteil verbundenen Innenschenkeln sowie Schlaufen, die sich an die Innenschenkel der Mittelschleife anschließen und zu den freien Enden der Spannklemme verlaufen. Die Schlaufen der elastische Spannklemme sind dabei so geformt, dass sie im unbelasteten Zustand jeweils eine maximale Höhe von mindestens 20mm und bevorzugt etwa 24mm über der oberen Ebene der Mittelschleife im Bereich der zwei Innenschenkel besitzen. Die obere Ebene der Mittelschleife ist dabei so definiert, dass sie durch die nach oben weisenden Flächen der Innenschenkel, auf denen der Schraubenkopf einer Schwellenschraube aufliegt, verläuft. Die obere Ebene der Mittelschleife liegt somit wie der Kopf einer Schwellenschraube auf den Innenschenkeln der Spannklemme auf.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die sich an die zwei Innenschenkel der Mittelschleife anschließenden Schlaufen der elastische Spannklemme so zu formen, dass sie sich im unbelasteten Zustand mindestens eine Höhe H von 20mm über die wie oben definierte obere Ebene der Mittelschleife erstrecken, was im vormontierten Zustand einer Höhe H von etwa 7 bis 8mm mehr als im unbelasteten Zustand entspricht, weil im vormontierten Zustand die Schwellenschraube die Mittelschleife um etwa dieses Maß elastisch nach unten drückt. Damit liegt im vormontierten Zustand die Höhe der Schlaufen so weit über der Auflage des Schraubenkopfes einer Schwellenschraube über den Innenschenkeln, dass bereits im Vormontagezustand der vormontierte Kopf einer Schwellenschraube geschützt wird, da eine mögliche Auflage der Schiene auf der vormontierten Spannklemme nunmehr nicht mehr im Bereich der Schwellenschraube sondern im Bereich der Schlaufen der Spannklemme erfolgt.
Indem nun die äußeren Wölbungen der Schlaufen so dimensioniert sind, dass diese sich geringfügig über die vertikale Erstreckung des Kopfs der Schwellenschraube erstrecken, kann ein Verbiegen der Schwellenschraube vermieden werden. Gleichzeitig sind die Schlaufen der Spannklemme so gestaltet, dass diese keine stufenförmigen Übergänge besitzen und als eine Art Rampe dienen können, um die Schiene über die Rampe in Richtung Schienenkanal führen zu können. Der Kopf einer Schwellenschraube ist nicht exakt definiert in Bezug auf seine Abmessungen. Um die Funktionsfähigkeit im Rahmen der Montage aber sicherzustellen, sind gewisse Mindestdimensionen für den Kopf einer Schwellenschraube zu beachten. So ist es nicht sinnvoll, den Kopf der Schwellenschraube mit einer Höhe von weniger als 30mm zu versehen, worauf die erfindungsgemäßen Dimensionen der Schlaufen relativ zu den Innenschenkeln folgen.
Nachdem vorhandene Schienenverlegemaschinen oftmals nicht dahingehend ausgelegt sind, dass die Schiene ausreichend angehoben werden kann, ist es bevorzugt, dass sich die maximale Höhe der Schlaufen über der oberen Ebene der Mittelschleife im Bereich der zwei Innenschenkel etwa 42mm nicht überschreitet. Eine zu große maximale Höhe wäre nachteilig, da vorhandene Schienenverlegemaschinen, welche die Schiene nicht ausreichend anheben können, generell die Schienen über die durch die Spannklemmen gebildeten Rampen in Richtung Schienenkanal schieben müssten. Daher ist eine Maximalhöhe über der oberen Ebene der Mittelschleife vorteilhaft, um die erforderliche Hubarbeit gering zu halten, während gleichzeitig der gewünschte Schutz einer Schwellenschraube mit einer häufig verwendeten Höhe des Kopfes von ca. 40mm gewährleistet wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Innenschenkel im Wesentlichen parallel zueinander. Dies gestattet es, die elastische Spannklemme sowohl horizontal senkrecht zur Schiene aus ihrer Vormontagestellung in die Montagestellung zu verschieben, als auch um die Spannklemme als Ersatz für Spannklemmen verwenden zu können, die zur endgültigen Verspannung der Schiene im Gleis aus ihrer Vormontagestellung in die Montagestellung um 180° gedreht werden müssen. Schließlich wird durch die parallele Führung der Innenschenkel ohne eine Einschnürung der Mittelschleife die automatische Vormontage erleichtert.
Es ist bevorzugt, die Innenschenkel auf der in Einbauposition oberen Seite mit einer Abflachung im Bereich der Auflage einer in Einbauposition die Spannklemme fixierenden Schwellenschraube zu versehen. Derartige Abflachungen erlauben eine möglichst vollflächige Anlage des Kopfs einer Schwellenschraube auf den Innenschenkeln und vermeiden dadurch unerwünschte Verformungen des Schraubenkopfes an Positionen mit einer zu hohen lokalen Pressung.
Um die nach dem Fixieren der Schwellenschraube auf die Mittelschleife wirkenden Kräfte möglichst gut auf den zu fixierenden Schienenfuß übertragen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Schlaufen über einen hinteren Stützbogen an die Innenschenkel anschließen zu lassen, wobei die Schlaufen so geformt sind, dass diese in Einbauposition sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung einer bogenförmigen Verlauf besitzen. Dieser bogenförmige Verlauf in zwei Richtungen erlaubt eine gute Übertragung der gewünschte Biege- und Torsionsmomente in Richtung auf die auf den Schienenfuß aufliegenden freien Enden der Spannklemme.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt die Spannklemme eine Dauerfestigkeit von mehr als 3 Millionen Lastwechseln, vorzugsweise mehr als 5 Millionen Lastwechseln, bei einer Verspannkraft d.h. Niederhaltekraft zwischen 10kN und 15kN und bevorzugt bei etwa 12,5kN. Durch diese Maßnahme wird nicht nur der Montageaufwand, sondern auch der Wartungsaufwand der Schienenbefestigungsanordnung minimiert. Die hohe, bevorzugte Dauerfestigkeit bei normaler Verspannung der Spannklemme und bei einer Amplitude (Schwingweite) von mindestens 2,2kN tragen dazu bei, dass de facto eine unbegrenzte Dauerfestigkeit der Spannklemme als das am meisten beanspruchte Bauteil einer Schienenbefestigungsanordnung besteht. Die Dauerfestigkeit, d.h. die Schwingweite der Spannklemme liegt bei mindestens 2,2mm und erfüllt damit hohe Ansprüche in Bezug auf eine sichere Schienenbefestigung.
Vorzugsweise ist die Spannklemme so ausgestaltet, dass der hintere Stützbogen so gestaltet ist, dass der Abstand D zwischen dem Innenschenkel und der parallel hierzu verlaufenden Tangentialebene an der Schlaufe D ≥ 50mm und vorzugsweise D ≥ 60mm beträgt. Die Innenschenkel und die Schlaufen im Bereich der in horizontaler Richtung weitesten Erstreckung vom Innenschenkel weg liegen nicht in einer horizontalen Ebene. Daher wird der Abstand zwischen Innenschenkel und der parallele hierzu verlaufenden Tangentialebene definiert, weil dies der für den Torsionsweg relevante Abstand ist. Das Vorsehen eines hohen Torsionsweges ist vorteilhaft, weil der Torsionsweg mit der Federsteifigkeit des Materials zusammenwirkt, um die gewünschte Charakteristik der Schienenbefestigung darzustellen. Allerdings ist neben dem Abstand D und der Federsteifigkeit der Spannklemme auch die Geometrie der Schlaufe selbst mitentscheidend. Besonders bevorzugt ist es daher, dass die Schlaufen der Spannklemme in Draufsicht einen Bogen beschreiben, dessen Sekanten S im Wesentlichen parallel zum Verlauf der Innenschenkel sind.
Weiterhin bevorzugt ist es, dass der freie Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil der Mittelschleife und den freien Enden der Spannklemme geringer ist als der Durchmesser des Federstahls im Bereich der freien Enden der Spannklemme. Durch diese Maßnahme wird eine einfache Vormontage der Spannklemmen ermöglicht, da einem Verketten der Spannklemmen in einem Vorratsbehälter entgegengewirkt wird. Somit kann im Rahmen der Vormontage eine automatische Entnahme einzelner Spannklemme aus einem Vorratsbehälter durchgeführt werden. Selbst bei einer manuellen Vormontage bietet das Entnehmen einzelner Spannklemmen den Vorteil, dass nicht eventuell gebildete Ketten von Spannklemmen voneinander gelöst werden müssen. Allerdings lässt sich durch die Definition des Abstands zwischen den freien Enden und dem bogenförmigen Mittelteil der Mittelschleife alleine noch nicht die Gefahr eines Verkettens mehrerer Spannklemme ausschließen, weil ein Verhaken zweier Spannklemmen an beliebiger Stelle erfolgen kann, da sich die Engstelle zwischen den Schlaufen und dem Mittelteil auch in einer Entfernung vom freien Ende befinden kann und zudem der komplexe Bewegungsablauf beim möglichen Verhaken von baugleichen Spannklemme berücksichtigt werden muss. Allerdings wird die Gefahr eines Verhakens durch die oben genannte Maßnahme wesentlich verringert. Ein einzeln auftretendes Verkeilen oder Verhaken zweier Spannklemmen ist unschädlich, solange dies nicht zur Ausbildung langer Ketten führt, die mit hohem Arbeitsaufwand voneinander getrennt werden müssen.
Die erfindungsgemäße Schienenbefestigungsanordnung umfasst eine erfindungsgemäße Spannklemme sowie eine Schwellenschraube mit einem Schraubenkopf, der so gestaltet ist, dass er auf den Innenschenkeln der Mittelschleife aufliegt. Schraubenkopf und Spannklemme sind dabei so dimensioniert, dass sich im vormontierten Zustand der Schienenbefestigung mit an den Innenschenkel ohne Vorspannkraft anliegendem Schraubenkopf dieser nicht über die maximale Höhe der Schlaufen erstreckt. Durch das Vorhandensein von zwei Schlaufen jeweils seitlich der Mittelschleife wird somit der Kopf der Schwellenschraube im Bereich der Mittelschleife geschützt und kann nicht beschädigt werden.
Vorzugsweise stützt sich die Spannklemme in Montageposition auf der Oberseite des Schienenfußes und an der Schwelle über die in einer Ausnehmung in der Schwellenoberseite liegende Winkelführungsplatte ab. Diese Maßnahme dient dazu, im Schienenbereich auftretende Querkräfte über eine möglichst große Fläche in die Schwelle einleiten zu können. Gleichzeitig aber wird wieder die Schwellenschraube vor übermäßigen Biege- oder Scherbeanspruchungen geschützt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen elastische Spannklemme sowie einer vorteilhaft im Zusammenhang mit der Spannklemme zu verwendenden Schienenbefestigungsanordnung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlich, die in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1: eine dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannklemme;
Fig. 2: eine dazugehörige Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannklemme;
Fig. 3: eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spannklemme;
Fig. 4a: eine exemplarische Schienenbefestigung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Spannklemme in Vormontageposition und in Montageposition;
Fig. 4b: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Schienenbefestigungsanordnung in Montagestellung während des Einlegens einer Schiene;
Fig. 5: ein Kraft-Federwegdiagramm der erfindungsgemäßen Spannklemme; und
Fig. 6: eine herkömmliche Schienenbefestigungsanordnung entsprechend der Darstellung in Fig. 4 beim Einlegen einer Schiene.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In den nachfolgenden Figuren werden zur einfacheren Bezugnahme jeweils gleiche oder ähnliche Bauelemente und Abschnitte der Spannklemme mit denselben Referenzziffern bezeichnet.
Die in Fig. 1 dargestellte Spannklemme 40 umfasst zwei Schlaufen 42, die sich an einem Mitteilteil 44 anschließen, der im Wesentlichen aus zwei Innenschenkeln 46 gebildet ist, die über ein bogenförmiges Mittelteil 48 miteinander verbunden sind. Die Innenschenkel verlaufen, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, im Wesentlichen parallel zueinander. Zwischen den Innenschenkeln 46 befindet sich sowohl im Vormontagezustand wie auch im Montagezustand eine in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellte Schwellenschraube, wobei durch die parallele Anordnung der Innenschenkel 46 eine Verschiebung der Spannklemme in Längsrichtung der Innenschenkel und relativ zu der Schwellenschraube erfolgen kann. Auf diese Weise kann die Spannklemme durch eine Verschiebebewegung von einer Vormontageposition in eine Montageposition gebracht werden. Hierzu ist eine Verschiebung notwendig, weil in der Vormontageposition sich die Spannklemme nicht in den Bereich des Schienenkanals erstrecken darf, in der Montageposition hingegen die freien Enden 50 der Spannklemme auf dem Schienenfuß aufliegen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Innenschenkel 46 im Übergangsbereich zu den Schlaufen 42, d.h. in Montageposition auf der dem Schienenfuß abgewandten Seite eine Biegung 57 aufeinander zu besitzen, durch welche in Vormontageposition ein Herausfallen der Spannklemme vermieden wird, weil die Schwellenschraube nicht aus dem Bereich zwischen den Innenschenkeln 46 in Richtung auf die Biegung 57 herausrutschen kann.
Weiterhin können auf den Innenschenkel Abflachungen 52 vorgesehen sein, auf denen gegebenenfalls unter Vermittlung einer Beilagscheibe der Kopf einer Schwellenschraube (nicht dargestellt) aufliegt. Bei der Montage wird die Schwellenschraube mittels eines Antriebes oder Drehmomentschlüssels, der am Kopf der Schwellenschraube angreift, in einen in der Schwelle befindlichen Kunststoffdübel in bekannter Weise eingeschraubt, bis die gewünschte Spannkraft hergestellt ist.
Auf der relativ zum bogenförmigen Mittelteil 48 entgegengesetzten Seite der Innenschenkel 46 schließen sich die Schlaufen 42 an, die wiederum aus einem hinteren Stützbogen 54, Außenschenkeln 56 sowie miteinander fluchtenden freien Enden 50 bestehen.
Die Außenschenkel 56 der Schlaufen 42 sind sowohl in einer vertikalen Ansicht wie auch einer horizontalen Ansicht bogenförmig gestaltet, wie insbesondere aus einem Vergleich der Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Spannklemme dargestellt. Aus Fig. 1 und 3 ist ersichtlich, dass der Außenschenkel 56 der Schlaufen 42 bogenförmig ausgestaltet und so geformt ist, dass die Schlaufen in Draufsicht einen Bogen beschreiben, dessen Sekanten im Wesentlichen parallel zum Verlauf der Innenschenkel 46 sind. Der bogenförmige Verlauf ist möglichst gleichmäßig, um die Kräfte- und Biegemomente gleichmäßig zu den freien Enden 50 der Spannklemme zu übertragen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist im unverspannten Zustand der Spannklemme die maximale Höhe H der Außenschenkel 56 im Vergleich zu der Höhe der Innenschenkel um einen Betrag H von 24mm höher. Bevorzugt bewegt sich die Höhendifferenz H zwischen 20mm und 30mm und beträgt etwa 25mm. Die Höhendifferenz wird dabei so definiert, dass im unverspannten Zustand der Spannklemme auf den symmetrisch zueinander angeordneten Schlaufen 42 im Bereich der höchsten Erhebung eine horizontale Ebene definiert wird, die in Fig. 2 mit E₁ angedeutet ist. Weiterhin wird eine Ebene E₂ definiert, die in gleicher Weise horizontal ausgerichtet ist und auf denjenigen Positionen der Innenschenkel 46 aufliegt, auf denen in Vormontageposition die Schwellenschraube aufliegt. Der Abstand zwischen den beiden Ebenen E₁ und E₂ stellt die Höhendifferenz H dar, die mindestens 20mm beträgt. Diese Höhendifferenz ist so gewählt, dass sie im Vormontagezustand nach Fig. 4a größer ist als die Höhe des Kopfes einer Schwellenschraube oder, bei Verwendung einer Beilagscheibe, der Summe der Höhen aus Beilagscheibe und Kopf einer Schwellenschraube. Durch die Vorgabe der Höhendifferenz wird sichergestellt, dass, wie anhand der Fig. 4b erläutert werden wird, die Schwellenschraube bei einem Auflegen der Schiene im Rahmen der Montage nicht beschädigt wird. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass im Vormontagezustand die Innenschenkel der Spannklemme durch die Schwellenschraube nach unten gespannt werden und die Spannklemme bereits elastisch verformt ist. Im Vormontagezustand erhöht sich die Höhe H um etwa 8mm.
Die erfindungsgemäße Spannklemme wird aus Federstahl mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt hergestellt.
Um ein Verhaken zweier baugleicher Spannklemmen zu erschweren, befinden sich die freien Enden 50 der Spannklemme in einem Abstand zu dem bogenförmigen Mittelteil 48 des Mittelteils 44, der geringer ist als der Durchmesser des Federstahls, aus dem die Spannklemme im Rahmen eines oder mehrerer Kaltverformungsschritte gebogen wird. Dieser freie Abstand ist aus keiner der dargestellten Figuren ersichtlich, da nur eine Ansicht parallel zur flächigen Erstreckung des freien Abstands zwischen den freien Enden und dem bogenförmigen Mittelteil die korrekten Größenverhältnisse unverzerrt wiedergibt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, beträgt der maximale horizontale Abstand D zwischen der Längsachse des Innenschenkels und der durch an der Mittelachse des Außenschenkels anliegenden und zum Innenschenkel parallelen Tangentialebene E₃ D ≥ 50mm und vorzugsweise D ≥ 60mm, wodurch ein hoher Torsionsweg gewährleistet werden kann. Diese Geometrie ist insbesondere beim Einsatz der Spannklemme an problematischen Streckenabschnitten von Vorteil, da z.B. im Bereich von Steigungen durch das Durchrutschen der Räder von Schienenfahrzeugen hochfrequente Schwingungen entstehen, die eine Bewegung der Schiene 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 erfindungsgemäße Spannklemme besitzt eine Dauerfestigkeit von mehr als 3 Millionen Lastwechseln, vorzugsweise mehr als 5 Millionen Lastwechseln bei einer Verspannkraft zwischen 10kN und 15kN und vorzugsweise bei einer Verspannkraft von etwa 12,5kN. Somit kann sowohl durch die Wahl eines geeigneten Federstahls, z.B. 38 Si 7 wie auch durch die Formgebung der Spannklemme die gewünschte hohe Dauerfestigkeit bei hoher Verspannkraft sichergestellt werden.
Eine hohe Dauerfestigkeit in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Formgebung der Spannklemme ermöglicht eine Schienenbefestigungsanordnung mit geringem Montageaufwand. Zunächst wird nach der Vormontage zusätzlicher Montageaufwand vermieden, weil ein Verbiegen der Schwellenschrauben beim Aufsetzen der Schiene vermieden wird. Weiterhin wird eine erneute Montage einer Schienenbefestigung nach Erreichen ihrer maximalen Lebensdauer aufgrund der sehr hohen Dauerfestigkeit vermieden. Schließlich wird durch die Formgebung der Spannklemme mit einem sehr breiten Bogen D in horizontaler Erstreckung ein unbeabsichtigtes Lösen an problematischen Streckenabschnitten vermieden oder zumindest die Notwendigkeit eines Nachziehens bzw. Nachjustierens der Schienbefestigungsanordnung verringert. Schließlich wird durch die Formgebung der Spannklemme mit einem freien Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil der Mittelschleife und den freien Enden der Spannklemme, der geringer ist als der Durchmesser des Federstahls im Bereich der freien Enden der Spannklemme, eine weitere Vereinfachung der Montage erzielt, da ein unerwünschtes Verhaken und Verketten baugleicher Spannklemmen in einer losen geschütteten Aufbewahrung zumindest deutlich verringert wird. All diese Maßnahmen wirken somit in synergetischer Weise zusammen, um den gesamten Montageaufwand der Schienenbefestigungsanordnung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Spannklemme zu verringern.
Fig. 5 verdeutlich die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Spannklemme anhand des Kraft/Weg-Verlaufs, der bei der zehnten Be- und Entlastung gemessen wurde und somit nicht mehr durch bei den ersten Belastungen mit auftretende Setzungserscheinungen beeinflusst ist. Es ist ersichtlich, dass sich bei zunehmender Belastung, dargestellt durch die auf der Ordinate aufgetragene Kraft, bis knapp über eine Belastung von 13kN ein proportional zur Belastung zunehmender Federweg bis zu 16,3mm ergibt, wie sich aus dem zu einem Ordinatenwert von 13kN zugehörigen Abszissenwert ablesen lässt. Oberhalb dieser Belastung von etwa 13kN kommt die Mittelschleife der Spannklemme in Auflage auf den Schienenfuß, weshalb der Federweg bei weiter ansteigender Belastung nicht mehr nennenswert zunimmt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Spannklemme eine sehr hohe Belastung von bis zu 13kN bei einem langen Federweg aufnehmen kann.
Fig. 4a und 4b zeigen die erfindungsgemäße Spannklemme als Teil einer Schienenbefestigung. Dabei ist Fig. 4b bewusst in Bezug auf die Formgebung sämtlicher Komponenten an den Stand der Technik nach Fig. 6 angelehnt und verdeutlicht den Vorteil der erfindungsgemäßen Spannklemme 40. Dargestellt ist in Fig. 4a und 4b der Ausschnitt einer Schwelle 10 mit einer Vertiefung 12, die auf der einen Seite in den eben ausgeführten Bereich eines Schienenkanals 14 übergeht und auf der entgegengesetzten Seite eine Anlageflanke 16 aufweist. In die Vertiefung 12 und in Kontakt zur Anlageflanke 16 wird eine Winkelführungsplatte 18 eingesetzt, welche in Bezug auf ihre Form auf die Vertiefung 12 und die Anlageflanke 16 der Schwelle 10 abgestimmt ist. Darüber hinaus besitzt die Winkelführungsplatte 18 eine rinnenförmige Vertiefung 20, in welche in Montageposition die Spannklemme 40 mit ihren hinteren Stützbögen 28 eingesetzt werden. Im Bereich des Schienenkanals kann je nach Bedarf eine oder mehrere elastische Zwischenlagen 22 zwischen den Winkelführungsplatten der Befestigungsstellen eingesetzt werden. Die elastische Zwischenlage soll zum einen als Isolator wirken und zum anderen gezielt in Abstimmung mit den übrigen Komponenten die gewünschte Schienenkopfeinfederung herstellen.
Die Spannklemme 40 wird über eine Schwellenschraube 24 an der Schwelle 10 befestigt und gegen diese verspannt. Die Schwellenschraube weist hierzu einen nur angedeuteten Schaft auf, der mit einem Außengewinde versehen ist und in einem in Fig. 4a und 4b nicht dargestellten Dübel in der Schwelle 10 befestigt wird. Darüber hinaus besitzt die Schwellenschraube 24 einen verbreiteten Kopf 26, der in der in Fig. 4a dargestellten Vormontagestellung an der nicht vorgespannten, d.h. unbelasteten elastischen Spannklemme entweder anliegt oder aber soweit in die Schwelle eingeschraubt wird, dass er sich zumindest in geringem Abstand zu der Spannklemme in unbelastetem Zustand befindet.
Wie sich aus dem Vergleich der Höhenangaben der Spannklemme 40 über der Oberseite der Schwelle zeigt, besitzt in der rechts in Fig. 4a dargestellten Vormontagestellung die Spannklemme eine größere Höhe über der Schwelle als in der Montagestellung, die links in Fig. 4a dargestellt ist. Dies rührt zum einen daher, dass in der Vormontagestellung die hinteren Stützbögen 28 der Spannklemme noch nicht in der rinnenförmigen Vertiefung 20 der Winkelführungsplatte 18 aufgenommen sind und zum anderen, dass in der Montagestellung die Innenschenkel 46 durch die Spannkraft der Schwellenschraube elastisch nach unten gedrückt werden. Wie aus Fig. 4a ersichtlich ist, ist der Kopf 26 der Schwellenschraube so bemessen bzw. auf die Dimension der Spannklemme abgestimmt, dass der Kopf 26 nicht über die durch den oberen Abschluss der Spannklemme definierte Ebene nach oben herausragt.
Wie exemplarisch in Fig. 4b gezeigt ist, kann eine Schiene 32 beim Einsetzen in den Schienenkanal 14 nicht ausreichend hoch über die vormontierte Schienenbefestigungsanordnung gehoben werden, so dass es zu einem Aufliegen der Schiene auf der Schienenbefestigungsanordnung kommt. Im Unterschied zu dem in Fig. 6 dargestellten Stand der Technik ist bei der erfindungsgemäßen Schienenbefestigungsanordnung allerdings die Spannklemme 40 so ausgestaltet, dass sich die Außenschenkel 56 der Spannklemme 40 so hoch über die Innenschenkel 46 erstrecken, dass das Gewicht der Schiene nicht mehr auf dem Kopf 26 der Schwellenschraube 24 ruht und daher die Schwellenschraube nicht verbiegt. Dabei ist die Höhe H so vorzusehen, dass auch bei dem Auflegen der langen, schweren Schiene die hierbei im Bereich des Außenschenkels 46 auftretenden elastischen Verformungen mitberücksichtigt werden.
Gleichzeitig wirkt der Außenschenkel 56 aufgrund des bogenförmigen Verlaufs in der in Fig. 4a und 4b dargestellten vertikalen Schnittansicht wie eine Rampe, die im Bereich 60 das Anheben einer aufliegenden Schiene unterstützt, so dass die Schiene in den Schienenkanal 14 eingebracht werden kann.

Claims

Elastische Spannklemmen aus Federstahl zur Schienenbefestigung, umfassend:
- eine Mittelschleife (44) mit zwei durch ein bogenförmiges Mitteilteil (48) verbundenen Innenschenkeln (46); und

- Schlaufen (42), die sich an die Innenschenkel (46) der Mittelschleife (44) anschließen und zu den freien Enden (50) der Spannklemme (40) verlaufen;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schlaufen (42) so geformt sind, dass sie im unbelasteten Zustand jeweils eine maximale Höhe (H) von mindestens 20mm und bevorzugt etwa 24mm über der oberen Ebene (E₂) der Mittelschleife (44) im Bereich der zwei Innenschenkel (46) besitzen.
Elastische Spannklemme nach Anspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die maximale Höhe (H) nicht mehr als 42mm beträgt.
Elastische Spannklemmen nach Anspruchs 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenschenkel (46) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenschenkel (46) auf der in Einbauposition oberen Seite eine Abflachung (52) im Bereich der Auflage einer in Einbauposition die Spannklemme (40) fixierenden Schwellenschraube (24) besitzen.
Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Schlaufen (42) über einen hinteren Stützbogen (54) an die Innenschenkel (46) anschließen und so geformt sind, dass die Schlaufen (42) in Einbauposition sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung einen bogenförmigen Verlauf besitzen.
Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannklemme eine Dauerfestigkeit von mehr als 3 Millionen Lastwechseln, vorzugsweise mehr als 5 Millionen Lastwechseln, bei einer Verspannkraft zwischen 10kN und 15kN und vorzugsweise von etwa 12,5kN besitzt.
Elastische Spannklemme nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der hintere Stützbogen (54) so gestaltet ist, dass der Abstand D zwischen dem Innenschenkel (46) und der parallelen Tangentialebene am Außenschenkel (56) D ≥ 50mm und vorzugsweise D ≥ 60mm beträgt.
Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schlaufen (42) in Draufsicht einen Bogen beschreiben, dessen Sekanten (S) im Wesentlichen parallel zum Verlauf der Innenschenkel (46) sind.
Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der freie Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil (48) der Mittelschleife (44) und den freien Enden (50) der Spannklemme (40) geringer ist als der Durchmesser des Federstahls im Bereich der freien Enden (50) der Spannklemme (40).
Schienenbefestigungsanordnung, umfassend:
- eine Spannklemme (40) nach einem vorhergehenden Ansprüche; sowie

- eine Schwellenschraube (24) mit einem Schraubenkopf (26), der so gestaltet ist, dass er auf den Innenschenkeln (46) der Mittelschleife (44) aufliegt; und

- Schraubenkopf (26) und Spannklemme (40) so dimensioniert sind, dass im vormontierten Zustand der Schienenbefestigung mit auf den Innenschenkeln (46) ohne Vorspannkraft aufliegendem Schraubenkopf (26) sich der Schraubenkopf (26) nicht über die maximale Höhe der Spannklemme erstreckt.
Schienenbefestigungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Spannklemme (40) in Montageposition auf der Oberseite des Schienenfußes der Schiene (32) und an der Schwelle (10) in einer Auskehlung (12) in der Schwellenoberseite abstützt.