Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein System zur kontinuierlichen elastischen Schienanlagerung, insbesondere für Straßenbahnschienen, umfassend zumindest ein Schienenkammerfüll- und Bettungselement mit Schienenkammerfüllkörper, Schienenfußumgebungsabschnitt und Unterbettungsabschnitt zum Aufstecken auf die Schiene.
Hintergrund der Erfindung
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Es ist seit längerer Zeit bekannt, Schienen von Schienengleisen, insbesondere Straßenbahnschienen mit sogenannten Schienenkammerfüllelementen oder kurz Kammerfüllelementen zu versehen. Die Kammerfüllelemente werden in die Schienenkammer zwischen Schienenkopf und Schienenfuß eingesetzt. Ein Beispiel für ein derartiges Kammerfüllelement aus Polyurethan-gebundenem Recyclinggummi findet sich z. B. in der
DE 40 04 208 C2 .
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Bekannt sind ferner Kammerfüllelemente mit integrierten Abschnitten unter dem Schienenfuß, diese dienen jedoch im Wesentlichen lediglich der Trennung der Schiene vom Beton und sind nicht als kontinuierliche elastische Schienenlagerung wie das nachfolgend beschriebene Sedra SDS®-System hergerichtet oder geeignet.
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Es ist bekannt, schwingungsdämpfende Gleislagerungssysteme an Straßenbahnschienen einzusetzen, welche den durch Schwingung entstehenden Körperschall beim Überfahren der Straßenbahn vermindern. Ein Beispiel hierfür ist das Sedra SDS®-System (Fig. 1), bei welchem die Schienenkammern mit Kammerfüllelementen 12a, 12b aus polyurethangebundenem Gummiregenerat ausgefüllt werden, und ein separates vorgefertigtes Bettungskissen 16 unter dem Schienenfuß 38 zur kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung angeordnet wird. Das Bettungskissen 16 besteht aus reinem Polyurethan, dessen Härtegrad und Elastizität speziell an die Belastung und Schwingungsdämpfungsanforderung unter dem Schienenfuß angepasst. Das Bettungskissen wird wiederum ggf, mit flüssigem Polyurethan 18 nochmals unterfüttert, um verbesserte Dämpfungseigenschaften relativ zum Gleisunterbau zu erzielen. Derartige schwingungsdämpfende Gleislagerungssysteme werden gemäß DIN 45673-8 als kontinuierliche elastische Schienenlagerung bezeichnet.
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Die Elastizität einer kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung soll im Gegensatz zu einer starren Lagerung eine Pegelminimierung des Körperschalls bewirken. Die Größe der Pegelminimierung wird in dem sogenannten Einfügedämmmaß (in Dezibel als Funktion der Frequenz in Hz) ausgedrückt oder es wird eine definierte Schieneneinsenkung in Abhängigkeit einer bestimmten Radlast gefordert. Beispielsweise wird eine Einsenkung zwischen 0,7 mm und 0,9 mm bei 60 kN Radlast gefordert. Die Einsenkung muss von der elastischen Zwischenlage zwischen dem Schienenfuß und der Betonunterlage bereit gestellt werden. Das geforderte Niveau der Pegelminimierung leitet sich u.a. aus den Normen DIN 4150, DIN 18005 und der 16. BlmSchV ab. Derzeit werden die Schienenlagerungssysteme mittels der DIN 54673 mit deren elastischen Elementen des Oberbaus von Schienenfahrwegen beurteilt und labormäßig bemessen, woraus sich die Gebrauchstauglichkeit ableitet.
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Das Sedra SDS®-System ist ein hochqualitatives Produkt mit sehr gutem Vermögen zum Vermindern des Körperschalls, welches den geforderten Bereich für die Einsenkung erfüllen kann. Allerdings wird die hohe Qualität durch eine relativ aufwändige Konstruktion erreicht, welche den Kostenanforderungen für manche Einsatzgebiete nicht immer genügen kann. Aufgrund des großen Kostendrucks insbesondere bei manchen öffentlichen Aufträgen, besteht daher der Bedarf an einer einfacheren und kostengünstigen Lösung für eine kontinuierliche elastische Schienenlagerung.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine kontinuierliche elastische Schienenlagerung bereit zu stellen, welche kostengünstig herstellbar und leicht montierbar ist und dennoch ein möglichst gutes Dämpfungsvermögen aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird ein kontinuierliches elastisches Lagerungs- und Dämpfungssystem für Schienen vorgeschlagen, welches zwei Schienenkammerfüll- und Bettungselements für Schienen umfasst. Die Schienenkammerfüll- und Bettungselemente sind hergerichtet, um seitlich auf eine Schiene mit einem Schienenkopf, Schienensteg und Schienenfuß aufgesteckt zu werden, wobei die Schiene z.B. eine Rillenschiene ist, wie sie üblicherweise für Straßenbahngleise verwendet wird. Die Erfindung ist allerdings auch für andere Schienen, z.B. Vignolschienen anwendbar. Die Schiene definiert zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß beidseits seitlich des Schienensteges Schienenkammern, welche von einem Schienenkammerfüllkörper, welcher als integraler Abschnitt des Schienenkammerfüll-und Bettungselements ausgebildet ist zumindest teilweise, nämlich im unteren Teil vom Schienenfuß bis an eine Stelle in der Schienenkammer zwischen dem Schienenfuß und Schienenkopf, ausfüllt werden, um eine Schalldämpfung und elektrische Isolation zu erzielen.
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Die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente umfassen ferner jeweils einen integralen Schienenfußumgebungsabschnitt im Bereich des Schienenfußes, welcher U-förmig jeweils eine der Außenseiten des Schienenfußes umhüllt bzw. umgreift, um die Schiene auch am Schienenfuß einzubetten und elektrisch zu isolieren.
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Zumindest eines der beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente umfasst ferner einen integralen Unterbettungsabschnitt zum Unterfüttern des Schienenfußes und weist demnach zwischen dem Schienenkammerfüllkörper und dem Unterbettungsabschnitt eine sich entlang der Schiene erstreckende Nut auf, deren Form zur Aufnahme eines Schenkels des Schienenfußes ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Nut also derart geformt, dass der Schienenkammerfüllkörper von oben und der Unterbettungsabschnitt von unten an dem Schienenfuß flächig anliegen und dessen einen Schenkel formschlüssig aufnehmen und umhüllen. Der Unterbettungsabschnitt bildet zumindest einen Teil des kontinuierlichen elastischen Bettungskissens, welches als Zwischenlage zwischen der Unterseite des Schienenfußes und dem Schienenunterbau zu dient. Der Schienenunterbau ist z.B. eine Betonschicht, welche unter die Schiene gegossen wird, nachdem die Schiene mit den Schienenkammerfüll- und Bettungselemente umhüllt wurde. Hierzu wird die Schiene in einem sogenannten Verlegeportal mit einem Abstand zum Untergrund schwebend aufgehängt, mit den Schienenkammerfüll- und Bettungselementen umhüllt und anschließend mit Beton um-und untergossen. Vor dem Untergießen des Unterbettungsabschnitt bzw. des Bettungskissens hängt dieses demnach zwischen den Stützen des Verlegeportals frei unter dem Schienenfuß. Der Unterbettungsabschnitt bzw. das Bettungskissen sind nachgiebig elastisch mit hinreichenden Dämpfungseigenschaften hergerichtet, um die vertikale Kraft aufzunehmen und die Schwingungen zu dämpfen, welche beim Überfahren des Schienenfahrzeuges entstehen. Es handelt sich insbesondere um eine kontinuierliche elastische Schienenlagerung im Sinne der DIN 45673-8, welche hiermit inkorporiert wird.
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Erfindungsgemäß sind der Schienenkammerfüllkörper, der Schienenfußumgebungsabschnitt und der Unterbettungsabschnitt einstückig ausgebildet, bilden demnach Abschnitte des Schienenkammerfüll- und Bettungselements, welches in einer Form mit den genannten drei Abschnitten als ein Teil hergestellt wird. Dadurch kann das Schienenkammerfüll- und Bettungselement einstückig als Ganzes von der Seite auf den Schienenfuß aufgesteckt werden, wobei der Unterbettungsabschnitt unter den Schienenfuß geschoben und der Schienenkammerfüllkörper in die Schienenkammer eingebracht werden und diese ausfüllt. Der Schienenkammerfüllkörper liegt im montierten Zustand dann flächig an der Schiene an, wobei nicht ausgeschlossen sein soll, dass der Schienenkammerfüllkörper Aussparungen zum Klemmen oder zur Materialsersparnis, wie z.B. in Fig. 1 dargestellt ist, aufweist.
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Das einstückige Schienenkammerfüll- und Bettungselement ist ferner vollständig, d.h. einschließlich des Unterbettungsabschnitts aus gebundenem Gummiregenerat hergestellt, d.h. nicht wie bisher als separate Polyurethanmatte wie bei dem Sedra SDSⒽ-System. Hierdurch können Kosten eingespart werden.
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Obwohl der Schienenkammerfüllkörper, der Schienenfußumgebungsabschnitt und der Unterbettungsabschnitt vollständig und einstückig aus gebundenem Gummiregenerat hergestellt ist, weist das Material im Bereich des Unterbettungsabschnitts gezielt eine erheblich größere Nachgiebigkeit auf, als im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers und der Schienenfußumgebungsabschnitt bildet einen Zwischen- oder Übergangsbereich mit einem Nachgiebigkeitsgradienten.
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Ein Maß für die Nachgiebigkeit des elastischen Schienenkammerfüllkörpers ist die Härte (größere Nachgiebigkeit entspricht geringerer Härte und umgekehrt) gemessen mit einem Nadelgerät als Shore A. Die Shore-A-Härte der Schienenkammerfüllkörper liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 60 und 75 Shore A. Gebundenes Gummiregenerat ist allerdings nur bedingt nadelbar zur Bestimmung der Shore-A-Härte. Daher ist für gebundenes Gummiregenerat die sogenannte Federziffer, insbesondere die statische Federziffer welche als die notwendige Kraft pro Einsenkungstiefe zwischen zwei Stahlplatten als Prüfkörper mit bestimmter Prüfkörperfläche und bestimmter Materialschichtdicke definiert ist, ein besseres Maß für die Nachgiebigkeit. Demnach verhält sich die Federziffer wie das Elastizitätsmodul (eine niedrigere Federziffer entspricht einem niedrigeren Elastizitätsmodul). Die Federziffer ist dem Fachmann bekannt.
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Die Federziffer des Materials des Schienenkammerfüllkörpers beträgt vorliegend vorzugsweise zumindest 150 kN/mm und/oder höchstens 400 kN/mm, besonders bevorzugt 300 kN/mm +/- 50 kN/mm, bezogen auf eine Prüfkörperfläche von 180 mm x 1000 mm und eine Schichtdicke des Materials von 10 mm.
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Die Federziffer des Materials des Unterbettungsabschnitts hingegen ist geringer eingestellt (das bedeutet größere Nachgiebigkeit bzw. geringere Härte), nämlich vorzugsweise höchstens 100 kN/mm, besonders bevorzugt höchstens 70 kN/mm, bezogen auf eine Prüfkörperfläche von 180 mm x 1000 mm und eine Schichtdicke des Materials von 10 mm. Die Untergrenze der Federziffer für das Material des Unterbettungsabschnitts sollte 5 kN/mm oder 10 kN/mm, bezogen auf eine Prüfkörperfläche von 180 mm x 1000 mm und eine Schichtdicke des Materials von 10 mm nicht unterschreiten. Hiermit kann eine Schieneneinsenkung von etwa 1 mm bei einer Radlast von 60 kN für eine Rillenschiene RI 60 mit vertretbarer Schichtdicke des Unterbettungsabschnitts erreicht werden. Die Werte sind bei Raumtemperatur zu messen. Die Dicke der Unterbettungsschicht beträgt vorzugsweise 10 bis 50 mm, besonders bevorzugt 20 bis 40 mm. Damit kann in Kombination mit dem gebundenen Gummiregenerat der Unterbettungsschicht die gewünschte Nachgiebigkeit erzielt werden.
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Hierfür weist im Wesentlichen das gesamte Bettungskissen unter dem Schienenfuß die signifikant größere Nachgiebigkeit als die beiden Schienenkammerfüllkörper auf. Dies wird beim Herstellungsprozess in der Herstellungsform des integralen Schienenkammerfüll- und Bettungselements entsprechend eingestellt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein signifikant besseres Dämpfungsverhalten des Unterbettungsabschnitts erreicht, als wenn dieser dieselbe Nachgiebigkeit oder Härte wie der Schienenkammerfüllkörper aufweisen würde. Ferner wird der Einsatz eines separaten Bettungskissen aus kostenintensiven Materialien vermieden. Auf eine separate Dämpfungsmatte z.B. aus Polyurethan kann verzichtet werden. Der Unterbettungsabschnitt ist demnach die einzige Dämpfungsschicht zwischen dem Schienenfuß und dem Betonunterbau.
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Hierdurch wird also ein dreifacher Vorteil erzielt, nämlich Kostenersparnis, erleichterte Montage und gute Dämpfungseigenschaften. Mit dem erfindungsgemäßen Lagerungs- und Dämpfungssystem sollte ein Dämmungsverhalten von zumindest etwa 10 dB bei 63 Hz erreichbar sein,
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Das Schienenkammerfüll- und Bettungselement ist vollständig, d.h. einschließlich des Unterbettungsabschnitts einstückig vorzugsweise aus Polyurethan(PU)-gebundenem Gummiregenerat hergestellt. PU-gebundenes Gummiregenerat ist kostengünstig herstellbar und die Nachgiebigkeit lässt sich bei der Herstellung gezielt einstellen. Ferner sorgt das Polyurethan in der ausgehärteten Mischung für eine gewisse Kompressibilität, die ebenfalls im Herstellungsprozess einstellbar ist.
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Versuche haben gezeigt, dass sich die größere Nachgiebigkeit des PU-gebundenen Gummiregenerats im Bereich des Unterbettungsabschnitts im Vergleich zu dem Bereich des Schienenkammerfüllkörpers, besonders gut dadurch einstellen lässt, dass das PU-gebundene Gummiregenerat im Bereich des Unterbettungsabschnitts mit einer geringeren Dichte hergestellt wird, als im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass das PU-gebundene Gummiregenerat im Bereich des Unterbettungsabschnitts einen größeren Anteil an Luftzwischenräumen zwischen den Gummiregeneratpartikeln aufweist als im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers. Vorzugsweise weist das Schienenkammerfüll- und Bettungselement einen Übergangsbereich mit einem Dichtegradienten zwischen der geringeren Dichte des Unterbettungsabschnitts und der höheren Dichte des Schienenkammerfüllkörpers auf, wobei der Übergangsbereich im Bereich des Schienenfußumgebungsabschnitts angeordnet ist.
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Vorzugsweise sollte sich der Übergangs- oder Gradientenbereich nicht über den Bereich zwischen einer von der Oberkante des Schienenfußes nach oben verlaufenden Linie und einer vertikal nach unten weisenden gedachten Verlängerung der Außenseite des Schienenfußes hinaus erstrecken. Der Übergangsbereich grenzt dabei vorzugsweise unmittelbar an die äußere Stirnseite des Schienenfußes an.
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Dadurch dass der Gradientenbereich nicht wesentlich bis unter den Schienenfuß reicht, kann gewährleistet werden, dass das gesamte Bettungskissen unter dem Schienenfuß die signifikant größere Nachgiebigkeit als der Schienenkammerfüllkörper aufweist.
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Die Dichte des PU-gebundenen Gummiregenerats beträgt vorzugsweise im Bereich des Unterbettungsabschnitts zwischen 450 und 700 kg/m3 und im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers im zwischen 900 und 1200 kg/m3. Besonders bevorzugt wird die Dichte im Bereich des Unterbettungsabschnitts zwischen 500 bis 600 kg/m3 und im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers zwischen 980 und 1100 kg/m3 eingestellt. Diese Dichtewerte haben sich in Verbindung mit dem PU-gebundenen Gummiregenerat als für die unterschiedlichen Dämpfungsanforderungen im Bereich der Schienenkammern und der Unterbettung des Schienenfußes als besonders geeignet erwiesen, um eine qualitativ hochwertige Schwingungsdämpfung zu erzielen.
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Vorzugsweise sind der Schienenkammerfüllkörper und der Unterbettungsabschnitt aus demselben Grundstoff, insbesondere aus derselben Mischung aus Gummiregeneratpartikeln und Polyurethan hergestellt. Die Schienenkammerfüll- und Bettungselemente aus PU-gebundenem Gummiregenerat werden vorzugsweise in einer Pressform für etwa 10-15 Minutenbei erhöhter Temperatur gepresst, um das Polyurethan auszuhärten und die feste Bindung zu erzielen. Die geringere Dichte des gebundenen Gummiregenerats im Bereich des Unterbettungsabschnitts im Vergleich zu dem Bereich des Schienenkammerfüllkörpers kann nun dadurch eingestellt werden, dass das die Mischung aus flüssigem Polyurethan und Gummiregenerat im Bereich des Unterbettungsabschnitts beim Aushärten des Polyurethans weniger stark gepresst wird. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Mischung im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers in der Pressform vorverdichtet wird und in diesem Bereich der Pressform eine größere Menge an Mischung eingebracht wird, bevor der Pressstempel auf die Pressform gepresst wird. Obwohl es für den Fachmann schwierig erscheinen mag, hierdurch einen hinreichenden Dichteunterschied zu erzeugen, haben Versuche gezeigt, dass dies möglich ist.
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Die geringere Dichte des gebundenen Gummiregenerats im Bereich des Unterbettungsabschnitts im Vergleich zu dem Bereich des Schienenkammerfüllkörpers kann alternativ oder ergänzend zum Vorverdichten auch dadurch eingestellt werden, dass das Gummiregenerat im Bereich des Unterbettungsabschnitts aus einer anderen Mischung, insbesondere mit einem anderen Mischungsverhältnis aus Gummiregeneratpartikeln und Polyurethan hergestellt wird und/oder unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen oder Partikelformen einzusetzen. Dies erlaubt ferner die farbliche Kennzeichnung der unterschiedlich dichten Abschnitte. Die Gummiregeneratpartikel des Schienenkammerfüllkörpers werden insbesondere aus Reifengummiregenerat verschiedener Körnung hergestellt und es werden Kabelgummipartikel beigemischt. Vorzugsweise bestehen die Gummiregeneratpartikel des Schienenkammerfüllkörpers aus einer Mischung aus 90% recyceltem Reifengummi und zu 10% aus
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Kabelummantelungsgummi. Um eine größere Nachgiebigkeit des Unterbettungsabschnitts zu erzielen, kann dort der Anteil an Reifengummipartikeln auf mehr als 95% erhöht werden. Der Anteil an Kabelummantelungsgummi kann im Bereich des Unterbettungsabschnitts verringert werden, ggf. kann dort auf Kabelummantelungsgummi ganz verzichtet werden. Alternativ oder ergänzend kann die Unterbettungsschicht auch weichere Fraktionen an Gummiregeneratpartikeln enthalten (z.B. mit EPDM-Gummi) und/oder die Dichte wird dadurch herabgesetzt, dass der Unterbettungsabschnitt Gummifasern enthält, so dass mehr Luftzwischenräume erzeugt werden. Der Schienenkammerfüllkörper sollte eine geschlossene Oberfläche aufweisen, wohingegen der Unterbettungsabschnitt eine offenporige Oberfläche aufweisen kann. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Schienenkammerfüllkörper als ein erster Kammerteilfüllkörper ausgebildet und füllt lediglich einen unteren Teil der Schienenkammer aus. In diesem Fall ist ein zweiter Kammerteilfüllkörper vorgesehen, welcher unmittelbar auf dem ersten Kammerteilfüllkörper aufliegt und den oberen Teil der Schienenkammer ausfüllt. D.h. dass im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers eine horizontale Zweiteilung vorliegen kann. Dies ist allerdings nicht zu verwechseln mit einem separaten Bettungskissen, da die Zweiteilung im Bereich der Schienenkammer liegt und beide Hälften des Schienenkammerfüllkörpers aus demselben PU-gebundenen Gummiregerat mit derselben Dichte und Härte bzw. Nachgiebigkeit bestehen. Diese Zweiteilung hat im Wesentlichen montagespezifische Gründe, da dies den Einbau des Schienenkammerfüll- und Bettungselements erleichtert. Da beide Seiten der Schiene von dem Lagerungs- und Dämpfungssystem elastisch und elektrisch isolierend ummantelt werden sollen, sind im montierten Zustand, bevor das Lagerungs- und Dämpfungssystem mit Beton um- und untergossen wird, ein erstes und zweites voneinander getrenntes Schienenkammerfüll- und Bettungselement für die beiden Seiten der Schiene an der Schiene festgelegt, wobei beide Schienenkammerfüll- und Bettungselemente jeweils einen Schienenkammerfüllkörper zum Ausfüllen zumindest des unteren Teils der linken bzw. rechten Schienenkammer der Schiene und jeweils einen Schienenfußummantelungsabschnitt im Bereich des Schienenfußes aufweisen. Die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente grenzen unter dem Schienenfuß aneinander an, so dass nur eine einzige Trennstelle zwischen den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente im Bereich des Schienenfußes existiert.
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Prinzipiell ist es möglich, dass nur das erste der beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente den integralen Unterbettungsabschnitt aufweist und dieser den Schienenfuß im Wesentlichen vollständig unterfüttert und an dem Schienenfußumgebungsabschnitt des zweiten Schienenkammerfüll- und Bettungselements zur Anlage kommt. Mit anderen Worten ist das gesamte Bettungskissen in diesem Fall ein integraler Bestandteil des ersten Schienenkammerfüll- und Bettungselements, so dass die einzige Trennstelle im Bereich des Schienenfußumgebungsabschnitts des zweiten Schienenkammerfüll- und Bettungselements liegt, die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente also asymmetrisch ausgebildet sind.
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Es ist allerdings auch möglich, dass beide Schienenkammerfüll- und Bettungselemente jeweils einen integralen Unterbettungsabschnitt aufweisen und unter dem Schienenfuß aneinander angrenzen. Somit bilden die beiden Unterbettungsabschnitte jeweils ein Teilstück des Bettungskissens und die einzige Trennstelle liegt unter dem Schienenfuß, vorzugsweise etwa in der Mitte des Schienenfußes, um eine möglichst symmetrische Anordnung zu schaffen. In diesem Fall ist demnach die einzige Trennstelle zwischen den beiden Unterbettungsabschnitten etwa in der Mitte unter dem Schienenfuß angeordnet.
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Dies hat den Vorteil dass die Unterbettungsabschnitte möglichst kurz ausgebildet sind und wenig nach unten durchhängen können, wenn das System mit Beton untergossen wird. Dies kann auch dadurch verbessert werden, dass die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente an der Trennstelle eine formschlüssige Verbindung aufweisen, welche sich entlang der Schiene erstreckt. Dadurch werden unterwünschte Zwischenräume zwischen dem Schienenfuß und den Unterbettungsabschnitten vermieden, welche andernfalls negativen Einfluss auf das Nachgiebigkeitsverhalten bei Belastung durch das Schienenfahrzeug führen könnten. In beiden Fällen ist also kein separates Bettungskissen notwendig, sondern das Bettungskissen ist entweder vollständig einstückig mit einem der beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen ausgebildet oder in zwei Teile geteilt und jeweils eines der Teile ist jeweils mit einem der beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen einstückig verbunden ausgebiledet. Grundsätzlich wird also anders als bei dem separaten Bettungskissen des Sedra SDS®-Systems, der Arbeitsschritt des Anbringens des Bettungskissens vermieden, da dieses entweder einteilig an einem oder zweigeteilt an beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen integriert vorhanden ist. Es brauchen also lediglich noch die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente jeweils von den beiden Seiten auf die Schiene aufgesteckt zu werden, wenn die Schiene in dem Verlegeportal aufgehängt ist und das System ist bereits fertig an der Schiene montiert und kann mit Beton um- und untergossen werden. Dies gestattet sogar eine maschinelle Montage der Schienenkammerfüll- und Bettungselemente.
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Vorzugsweise sind die der Schiene abgewandten Seitenflächen der beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente geformt, derart dass beidseits ein Formschluss zwischen dem Schienenkammerfüll- und Bettungselement und dem Beton hergestellt wird, wenn die mit dem Schienenkammerfüll- und Bettungselement ummantelte Schiene mit Beton umgossen ist, so dass die Schiene mittels der Schienenkammerfüll- und Bettungselemente auf beiden Seiten zumindest gegen eine Aufwärtsbewegung in dem Betoneinguß formschlüssig fixiert ist. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass das die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente im Querschnitt von oben nach unten gesehen jeweils eine Verbreiterung oder Stufe aufweisen, welche einen Formschluss zwischen den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen und dem Beton herstellen, wenn die mit den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen ummantelte Schiene mit Beton umgossen ist, so dass die Verbreiterung einen oberen Anschlag gegen eine Aufwärtsbewegung der von den Schienenkammerfüll- und Bettungselementen fixierten Schiene bildet, so dass das Lagerungs- und Dämpfungssystem die Schiene in dem Betoneinguß nach oben festhält.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren
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Es zeigen:
- Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung herkömmlicher Art,
- Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung der kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung der kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit formschlüssiger Verbindung der Schienenkammerfüll- und Bettungselemente unter der Schiene,
- Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung der kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit horizontal geteilten Schienenkammerfüllkörpern,
- Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung der kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit asymmetrischem Unterbettungsabschnitt,
- Fig. 6 eine schematische Darstellung der Herstellung des Schienenkammerfüll- und Bettungselements aus PU-gebundenem Gummiregenerat in einer Pressform,
- Fig. 7 eine Darstellung des in einem Verlegeportal aufgehängten kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung gemäß Fig. 2,
- Fig. 8 eine Querschnittdarstellung der kontinuierlichen elastischen Schienenlagerung aus Fig. 2 eingegossen in Beton.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Bezug nehmend auf Fig. 2 ist die Schiene 32 als Rillenschiene ausgebildet, wie sie üblicherweise für Straßenbahnen verwendet wird. Die Schiene 32 weist einen Schienenkopf 34, einen Schienenfuß 38 und einen dazwischen liegenden und Schienenkopf 34 und Schienenfuß 38 verbindenden Schienensteg 36 auf. Der Schienenfuß 38 umfasst einen linken und rechten Schenkel 38a, 38b. Links und rechts des Schienensteges 36 bildet die Schiene 32, Schienenkammern 42a, 42b. Die Schienenkammern 42a, 42b erstrecken sich vertikal jeweils von der Unterseite 44a, 44b der jeweiligen Seite des Schienenkopfes 34 bis zur Oberseite 46a, 46b des jeweiligen Schenkels 38a, 38b des Schienenfußes 38.
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Bezug nehmend auf die Fig. 2-4 wird die Erfindung anhand des linken Schienenkammerfüll- und Bettungselementes 50a beschrieben, wobei das rechte Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50b bis auf die andere Passform im Bereich des Schienenkopfes 34 gleich ausgebildet ist und bei den Bezugszeichen lediglich der Buchstabe "a" (links) durch "b" (rechts) ersetzt ist.
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Das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a weist einen Schienenkammerfüllkörper 52a auf, welcher die Schienenkammer 42a, in diesem Beispiel vollständig, ausfüllt. Der Schienenkammerfüllkörper 52a schmiegt sich dabei an die äußere Kontur der Schiene vom Schienenkopf 34, dem Schienensteg 36 und dem Schienenfuß 38, genauer dem linken Schenkel 38a an. In diesem Beispiel erstreckt sich das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a nach oben bis kurz unter die Oberkante des Schienenkopfes 34. Nach unten erstreckt sich der Schienenkammerfüllkörper 52a bis an den Schenkel 38a des Schienenfußes 38 und geht integral in den Schienenfußumgebungsabschnitt 54a über. Der Schienenfußumgebungsabschnitt 54a liegt an dem äußeren Ende 39a des Schenkels 38a an und umgreift das äußere Ende 39a.
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Der Schienenfußumgebungsabschnitt 54a geht wiederum integral in den Unterbettungsabschnitt 56a über, welcher den Schienenfuß 38 beziehungsweise dessen linken Schenkel 38a unterfüttert, um einen Teil des Bettungskissens 58 zu bilden. Der Schienenkammerfüllkörper 52a, der Schienenfußumgebungsabschnitt 54a und der Unterbettungsabschnitt 56a bilden dabei integral das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a, welches vollständig aus PU-gebundenem Gummiregenerat besteht. Um unterschiedliche Schwingung- und Dämpfungseigenschaften neben und unter der Schienen zu erreichen, ist die Härte bzw. Nachgiebigkeit des Schienenkammerfüllkörpers 52a an die Dämpfungsanforderungen im Bereich der Schienenkammer 42a und die Nachgiebigkeit des Unterbettungsabschnitts 56a bzw. des Bettungskissens 58 an die Einsenkungs- und Dämpfungsanforderungen unter der Schiene 32 angepasst. Dies wird dadurch erreicht, dass die Dichte des PU-gebundenen Gummiregenerats im Bereich des Schienenkammerfüllkörpers 52a mit 980 bis 1100 kg/m3 eingestellt ist, wohingegen die Dichte des Unterbettungsabschnittes 56a im Bereich von 500 bis 600 kg/m3 eingestellt ist. Der Übergang zwischen den beiden unterschiedlichen Dichten erfolgt im Wesentlichen kontinuierlich im Bereich des Schienenfußumgebungsabschnittes 54a. Die gewellten Linien 62a, 62b zeigen dabei keine Trennstellen zwischen Einzelteilen, sondern symbolisieren die Bereiche unterschiedlicher Nachgiebigkeit bzw. Dichte. Der Zwischenbereich zwischen den beiden gewellten Linien 62a, 62b repräsentiert den Bereich 64a, 64b mit dem Nachgiebigkeits- bzw. Dichtegradienten. Dieser kann je nach Herstellungsverfahren größer oder kleiner sein. Das Dämpfungsverhalten des Bettungskissens 58 ist dabei angepasst an die vertikale Belastung beim Überfahren mit dem Schienenfahrzeug. Daher wird das zur Dämpfung hergerichtete Bettungskissen hier auch als Dämpfungskissen bezeichnet.
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Das Lagerungs- und Dämpfungssystem ist insbesondere für Straßenbahnschienen vorgesehen, welche ohne Schienenfußbefestigungsschrauben im Beton eingegossen werden. Der Einbau eines solchen Systems erfolgt mit einem Verlegeportal 100, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Das Verlegeportal 100 steht auf höhenjustierbaren Stützen 102 und die Schienen 32, welche beidseits mit den Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b (ohne separates Bettungskissen) versehen sind, werden unter Querträgern 104 eingehängt. Anschließend werden die mit den Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b umhüllten Schienen 32 mit Beton 106 um- und untergossen.
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Die mit den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b versehene und in Beton 106 eingegossene Schiene 32 ist in Fig. 8 dargestellt. Die zwei Schienenkammerfüll- und Bettungselemente 50a, 50b ummanteln die Schiene 32 vollständig bei gleichzeitig unterschiedlichen vertikalen und horizontalen Dämpfungseigenschaften, aufgrund der unterschiedlichen Nachgiebigkeit des PU-gebundenen Gummiregenerats.
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Das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a weist eine geformte Seitenfläche 51a auf, um einen Formschluss mit dem Beton 106 einzugehen, so dass das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a in dem Betonbett 106 formschlüssig gegen eine Aufwärtsbewegung fixiert ist. Der Formschluss wird in diesem Beispiel durch eine Verbreiterung des Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a im Bereich des Schienenfußes 38 erzielt. Das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a weist hierzu an seiner Außenseite 51a eine Stufe 53a auf, in diesem Beispiel im unteren Bereich des Schienkammerfüllkörpers 52a. Die von den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b elastisch dämpfend gelagerte Schiene 32 wird wiederum durch Formschluss mit den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b fixiert, so dass das System ohne Schienenfußbefestigungsschrauben auskommt.
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Zur Montage werden die beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselemente 50a, 50b jeweils als ein einheitliches Teil von der Seite auf die Schiene 32 aufgesteckt, wobei jeweils die Schenkel 38a, 38b in passende Nuten 55a, 55b zwischen den Schienenkammerfüllkörpern 52a, 52b und den Unterbettungsabschnitten 56a, 56b formschlüssig eingreifen. Im montierten Zustand grenzen die beiden Unterbettungsabschnitte 56a, 56b in diesem Beispiel mittig unter dem Schienenfuß an der Trennstelle 59 aneinander und bilden gemeinsam das Bettungskissen 58. In dem Fig. 2 dargestellten Bespiel verläuft die Trennstelle 59 gerade.
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Bezug nehmend auf Fig. 3 greifen die beiden Unterbettungsabschnitte 56a, 56b unter dem Schienenfuß an der Trennstelle 59' formschlüssig ineinander. In diesem Beispiel verläuft die Trennlinie entlang einer Stufenfunktion. Andere formschlüssige Verbindungen an der Trennstelle sind allerdings auch möglich.
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Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Systeme zur kontinuierlichen elastischen Schienenlagerungen bestehen genau aus zwei Teilen, nämlich dem linken und rechten Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a, 50b.
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Bezug nehmend auf Fig. 4 ist eine vierteilige Ausführungsform dargestellt. Das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a weist einen unteren Schienenkammerfüllkörper 52a' auf, welcher etwa die untere Hälfte der Schienenkammer 42a ausfüllt. Die obere Hälfte der Schienenkammer 42a wird von einem zweiten oberen Schienenkammerfüllkörper 52a" ausgefüllt, wobei der untere Schienenkammerfüllkörper 52a' und der obere Schienenkammerfüllkörper 52a" gemeinsam die Schienenkammer 42a vollständig ausfüllen. Mit anderen Worten ist der Schienenkammerfüllkörper in diesem Beispiel horizontal in zwei Hälften 52a' und 52a" aufgeteilt. Das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a ist jedoch auch bei dieser Ausführungsform von der Schienenkammer 42a bis unter den Schienenfuß 38 einstückig ausgebildet und weist im Bereich des unteren Schienenkammerfüllkörpers 52a' die höhere Dichte von 980 bis 1100 kg/m3 und unter dem Schienenfuß die niedrigere Dichte von 500 bis 600 kg/m3 sowie den Dichtegradienten im Bereich des Schienenfußumgebungsabschnitts 54a auf. Vorzugsweise weisen bei der vierteiligen Ausführungsform die Schienenkammerfüll- und Bettungselemente 50a', 50b' eine Länge auf, die dem Schwellenabstand entspricht und die oberen Kammerfüllkörper 50a", 50b" besitzen eine größere Länge. Hierdurch wird die Montage weiter erleichtert.
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Bezug nehmend auf Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Trennstelle 59" zwischen den beiden Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b nicht mittig, sondern seitlich asymmetrisch angeordnet ist. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform bildet demnach lediglich der Unterbettungsabschnitt 56a des rechten Schienenkammerfüll- und Bettungselements 50a alleine das Bettungskissen 58 unter dem Schienenfuß 38. Das Prinzip, nämlich das Bettungskissen 58 integral mit zumindest einem der Schienenkammerfüll- und Bettungselemente 50a auszubilden und die unterschiedlichen Nachgiebigkeiten neben und unter der Schiene durch einen Dichtegradienten des einstückigen Schienenkammerfüll- und Bettungselementes 50b aus PU-gebundenem Gummiregenerat zu erreichen, ist auch hier verwirklicht. Das Bettungskissen 58 besteht demnach aus einem oder zwei integral mit einem bzw. zwei Schienenkammerfüll- und Bettungselementen 50a, 50b einstückig ausgebildeten Unterbettungsabschnitten 56a, 56b aus (PU-)gebundenem Gummiregenerat und bildet die einzige Dämpfungsschicht unter dem Schienenfuß 38 bzw. zwischen dem Schienenfuß 38 und dem Gleisoberbau aus Beton, d.h. das elastische Element im Sinne der DIN 45673-8. Eine weitere Dämpfungsschicht ist nicht notwendig.
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Zusammenfassend kann erfindungsgemäß also ein einstückiges Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a, zumindest zum teilweisen Ausfüllen der Schienenkammer 42a und zum Unterfüttern des Schienenfußes als ein einstückiges Teil bereitgestellt werden. Obwohl das einstückige Teil vollständig aus PU-gebundenen Gummiregenerat hergestellt ist, werden unterschiedliche Nachgiebigkeiten neben und unter der Schiene, angepasst an die transversalen und vertikalen Dämpfungserfordernisse dadurch erreicht, dass die Dichte des PU-gebundenen Gummiregenerats in unterschiedlichen Bereichen des Schienenkammerfüll- und Bettungselementes bei der Herstellung unterschiedlich eingestellt werden.
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Bezug nehmend auf Fig. 6 wird das Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a aus Fig. 2 in einer Form 110 gepresst. Die Form 110 hat die entsprechende Kontur der Schiene und weist somit einen Schienenkammerbereich 142a, welcher der Schienenkammer 42a nachempfunden ist, zur Herstellung des Schienenkammerfüllkörpers 52a sowie einen Schienenfußvorsprung 138a auf, welcher die Positivform eines Schienenfußschenkels bildet und die Nut 55a formt. In dem Spalt 156a zwischen dem Schienenfußvorsprung 138a und der rechten Formwand 112 wird der Unterbettungsabschnitt 56a gepresst. Die Pressform 110 wird mit einer Mischung aus zerkleinerten Gummiregeneratpartikeln und flüssigem Polyurethan gefüllt, wie dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.
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Bezug nehmend auf Fig. 6 a) wird die gesamte Pressform 110 zunächst relativ locker mit der Gummiregenerat-Polyurethan-Mischung gefüllt. Anschließend wird die Mischung im Bereich 142a, das heißt dort, wo der Schienenkammerfüllkörper 42a entsteht, vorverdichtet und dann noch weitere Mischung eingefüllt (wie durch den Hügel 158 angedeutet ist), die ggf. nochmals vorverdichtet wird, so dass durch diese Vorverdichtung in dem Bereich 142a eine höhere Materialdichte entsteht. Wenn die richtige Vorverdichtung für die gewünschten unterschiedlichen Dichten und der Dichtegradient im Bereich des Schienenfußumgebungsabschnitts 54a erreicht sind, wird ein Pressstempel 114 in die Form gepresst und die Mischung härtet unter erhöhter Temperatur von 60° bis 100° für etwa 10 bis 15 Minuten aus (Fig. 6 b)). Der Pressdruck beträgt typischerweise etwa 12t. Hierbei erfolgt die Bindung oder Verklebung der Gummiregeneratpartikel durch das aushärtende Polyurethan (vorzugsweise polymeres Diphenylemthandiisocyanat). Dieses Bindemittel kann für den Kammerfüllkörper und den Unterbettungsabschnitt gleichermaßen verwendet werden. Es wird demnach die Pressform 110 in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichen Mischungsmengen pro Volumen befüllt. Gegebenenfalls können noch unterschiedliche Farbstoffe zugegeben werden, um dem Kunden die unterschiedlichen Dichtegrade zu signalisieren. Das Ergebnis ist das erfindungsgemäße einstückige Schienenkammerfüll- und Bettungselement 50a mit unterschiedlichen Dichtebereichen und einem Zwischenbereich mit Dichtegradienten. In diesem Fall wird demnach mit einer einheitlichen Mischung aus Gummiregeneratpartikeln und Polyurethan für den Schienenkammerfüllkörper 52a und den Unterbettungsabschnitt 56a gearbeitet und der Dichtegradient wird durch unterschiedliche Vorverdichtung erzielt.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.
