NO176254B - Isolerings- og fjærelementer eller klemmelementer for festing av skinner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører isolerings- og fjærelementer eller klemelementer for befestigelse av skinner med kjente skrue-, nagle- eller boltlignende forbindelser for opptak av horisontale og/eller vertikale krefter ved elastisk sammenspenning, med samtidig tetting av hullene i de av stål fremstilte klemelementer mot inntrenging av væske, oppnåelse av en elastisk isolering og støyreduksjon, hvilke elementer er etterspennbare og også egner seg for skinneunderstøttelser av ulike materialer med direkte skinneopplagring.

Kjente befestigelser av skinner, som tjener til sporholding og fortrinnsvis til overføring av horisontalkrefter, oppnås ved hjelp av elastiske eller stive stålkonstruksjoner. Den tilstrebede elastiske overføring av store vertikale og horisontale krefter kan bare skje ved hjelp av flere ulikt utformede konstruksjonselementer.

En ulempe ved de stive konstruksjoner og løsninger med fjærelementer av stål er at de enkelte stålelementer berører hverandre henholdsvis skinnefoten og i berøringsflatene er utsatt for korrosjon, slitasje og miljøbelastende støy.

Ved bruk av kjente plast- eller elastiske elementer for mekanisk og/eller elektrisk skilling av ståldeler har man hittil ikke kunnet gi avkall på elastiske skinneklemelementer av stål.

I en løsning ifølge AT-PS 344.768 tjener en elastisk blokk bare til å lette forspenningen og tilnærmingen av det stive formstykke og holdeelementet, og ikke til å øke holde-elementets fleksibilitet.

I en løsning ifølge DD-PS 250.346 skjer den elastiske skinnefesting derved at en ved hjelp av en skrueforbindelse med svilleelementet sammenfestet spennklemme overtar forspenningsfunksjonen og den elastiske sidekraftoverføring.

I DD-PS 224.350 beskrives en elastisk og formsluttende forbindelse mellom skinne og sville, idet svillene er forsynt med utsparinger som er utforet med elastiske deler, eventuelt støpt inn i betongen, hvori tilsvarende utformede deler av festemidlene griper inn. Befestigelsen mellom skinne og sville skjer på kjent måte ved hjelp av en skrueforbindelse. Denne kjente skinnebefestigelse gir ingen elektrisk og/eller mekanisk skilling mellom skinnefot henholdsvis klemelement og sville. Dessuten er konstruksjonen sterkt utsatt for slitasje. Støynivået relativt omgivelsene reduseres ikke.

Den i ÅT-PS 295.578 beskrevne elastiske og elektrisk isolerende festeinnretning gir ingen avtetting av hullene i de av stål utførte klemelementer mot inntrenging av væsker, som vil kunne gi en for tidlig nedsliting av skruebolten bg dybelen såvel som reduserte isoleringegenskaper. En ytterligere ulempe er at det for den elastiske forspenning anvendes en fjærelastisk bøybar metallplate som har liten levetid, som følge av nedsliting og utmatting.

Fra US 3.387.781 er det kjent en utførelse hvorimellom en skinnefot og et av stål fremstilt klemelement er lagt inn en blokk av et elastisk materiale. Som elastisk materiale foreslås^ det bruk av naturkautsjuk og lignende materialer. Disse stoffer har lav trykkfasthet og en høy koldflytning. Av denne grunn må det legges inn et som vinkel utformet stål-klemmeelement mellom skinneskruen og den elastiske blokk, for å sikre blokkens formstabilitet og en fordeling av kraften, idet klemelementet har en stor flate. Dette at det er nødvendig å legge inn en metallist-komponent mellom skinneskruen og den elastiske blokk vanskeliggjør en avtetting mot fuktighet, og gir også for dårlig støydemping.

I FE 2.122.863 beskrives bruk av et elastisk formlegeme for oppnåelse av en materialsluttende forbindelse mellom skinnefot og underlag, for å kunne overføre skinnelasten til underlaget og samtidig kunne utligne høydeforskjeller mellom skinnefot og underlag. Ved disse kjente elastiske legemer dreier det seg om på stedet fremstillbare formlegemer av støpbare, koldherdende, elastisk innstilte plaster, eksempelvis polyuretaner, som forbinder seg stoffsluttende med de berørte flater.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en etterspennbar, elastisk, stålbesparende, slitefast og støysvak befestigelse av skinner, med mulighet for enkel og automatiserbar montering, demontering og vedlikehold av skinnekonstruksjonen. Samtidig skal man være sikret en varig høy elektrisk motstand mellom skinnene, klemelementet og sville, og man skal også unngå berøring mellom stålelementene henholdsvis med skinnen, for derved å redusere slitasjen henholdsvis støyen. Det skal foreligge en elastisk støtdemp-ing i horisontal og/eller vertikal retning. Skinneklemelementene skal samtidig ha en høy kuldebestandighet.

Videre skal det være mulig å kunne benytte isolering-, fjær-og klemelementer for befestigelse av skinnene, hvilke elementer er fremstillbare på en fremstillingsteknisk rasjonell måte i store stykktall og garanterer enkel montering/demontering samt reduksjon av vedlikeholdskonstandene.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor isolerings- og fjærelementer eller klemelementer for befestigelse av skinner med kjente skrue-, nagle- eller boltlignende forbindelser for opptak av horisontale og/eller vertikale krefter ved elastisk sammenspenning, med samtidig tetting av hullene i de av stål fremstilte klemelementer mot inntrenging av væske, oppnåelse av en elastisk isolering og støyreduksjon, hvilke elementer er etterspennbare og også egner seg for skinneunderstøttelse av ulike materialer med direkte skinneopplagring, kjennetegnet ved at elementene består av kuldebestandig, høymodulær termoplastisk polyuretan med en trykkfasthet på > 35 N/mm<2> og en elastisk trykkdeformering opptil 40$ og er anordnet i kjente skinnebefestigelsesanordninger i form av elastomere bånd, lister, skiver eller hylser eller som kileformede elementer, vinkellister eller hodeelementer.

Ytterligere trekk ved elementene er angitt i de uselvstendige patentkrav 2-6.

Oppfinnelsen muliggjør en enkel montering/demontering og en redusering av vedlikeholdskonstandene for skinnebefestig-elsessystemet. Samtidig tettes hullene i de av stål utførte klemelementer mot inntrenging av væsker (fuktighet).

Skinneklemelementene er også slik utformet og anordnet at den ved hjelp av en kjent skrue- eller nagle- henholdsvis boltlignende forbindelse med skinneunderstøttelsen tilveiebragte forspenningskraft overføres elastisk til skinnefoten og horisontalkreftene overføres direkte og elastisk fra skinnefoten til skinneunderstøttelsen, samtidig som skinnen ved hjelp av forspenningen fikseres sideveis og holdes nede.

De nye skinneklemelementer er elastiske, etterspennbare og egnet for skinneunderstøttelse på ulike typer materialer med direkte skinneopplagring.

De er kileformet, vinkellistformet eller utformet som klemelementer. Deler av forbindelseselementet (skrue, nagle eller bolt) rager i spent tilstand ut over skinnefotkanten i retning mot skinnemidten. I løs tilstand ligger samtlige deler utenfor den loddrette flate, utgående fra skinnefotkanten, idet forbindelseselementene i skinneunderstøttelsen er skråstilt relativt vertikalen i forholdet 1:4 til 1:8, fortrinnsvis 1:6.

De nye skinneklemmeelementer er slik anordnet i forhold til forbindelseselementene, såsom skrue, nagle eller bolt, at det i den totale skinnebefestigelse ikke er mulig med noen innbyrdes berøring mellom ståldeler. Derved unngår man støy og slitasjen reduseres. Dessuten oppnås det en høy elektrisk motstand mellom skinne og skinneunderlag. Skinneklemelementer kan anvendes slik at de kjente stålplater for kraftfordeling kan unngås.

Skinneklemelementene kan også bestå av et slisset elastomer-klemelement, som ved hjelp av en skrueforbindelse eller en slisset kraftfordelingsplate spenner skinnefoten sammen med skinneunderstøttelsen. Denne variant gir en rask montering henholdsvis demontering av skinnebefestigelsen.

De høymodulære TPU-isolerings- og fjærelementer eller skinneklemelementer kan fremstilles med vanlig sprøytestøpeteknikk. De sprøytestøpeverktøy som anvendes er fordelaktig forsynt med grovt dimensjonerte støpekanalsystemer.

Påsprøytingen av isolerings- og fjærelementer eller skinneklemelementer som befestigelseselementer skjer ved hjelp av vanlige ansnittvarianter.

De for det nye skinnebefestigelsessysten anvendte isolerings-og fjærelementer eller skinneklemelementer av kuldebestandig, høymodulært TPU er kjennetegnet ved at de består av høymole-kylære polyhydroksylforbindelser og de isolcyanater i et ekvivalentforhold på fra 1 til 7 til 1 til 14 såvel som av lavmolekylære hydroksylforbindelser med et ekvivalentforhold til de høymolekylære polyhydroksylforbindelser på 1 til 5 til 1 til 12.

Som høymolekylære hydroksylforbindelser for fremstilling av det kuldebestandige TPU foretrekkes en polyesteralkohol med en midlere molær masse på 1800 til 2500, basert på addipin-syre og en blanding av heksandiol-1,6 og butandiol-1,4 i et ekvivalentforhold på 1 til 3 til 1 til 1 for heksandiol-1,6 til butandiol-1,4 .

Som lavmolekylære hydroksylforbindelser anvendes lineære alifatiske og/eller aromatiske dioler med en molær masse på 60-600, hvilke eventuelt inneholder 1-3 masseandeler i % monooler som rekasjons- og molmasseregulator for TPU-syntesen.

Som diisocyanat anvendes i TPU fortrinnsvis 4,4'-difenyl-metan-diisocyanat. I tillegg til byggkomponentene kan ytterligere hjelpemidler og tilsatsstoffer komme til anvendelse, såsom eksempelvis glidemiddel, hydrolyse,-eldrings- og lysbeskyttelsesmidler, fargestoffer, pigmenter, anorganiske og/eller organiske fyllstoffer og forsterknings-midler.

Fremstillingen av TPU gjennomføres fortrinnsvis etter den såkalte one-shot-metode, idet de hydroksylholdige kompo-nenter, hjelpemidler og tilsatsstoffer med diisocyanat-komponentene blandes med hverandre ved 50-200°C, hvoretter polymermassen granuleres etter reaksjonen ved 120-200°C. Av TPU-granulatet fremstiller man de nye isolerings-, fjær- og klemelementer ved hjelp av sprøytestøping.

Med den nye materialsammensetting for skinnebefestigelses-innretningen oppnås en bedret kuldestabilitet for delene og det oppnås en kuldesprøhetstemperatur på minus 35°C, noe som hittil ikke har vært mulig for vanlige fra litteraturen kjente polyuretanråstoffer på polyesteralkoholbasis. Delene har en trykkfasthet på > 35 N/mm<2> og en elastisk trykk-deformerbarhet på opptil 40$, noe som fullt ut tilfredsstill-er de krav som den enorme belastning i skinneområdet stiller.

Forsøk for opptak av fjærkjennelinjer har vist at ved bruk av de nye isolerings- og fjærelementer kan man sammenlignet med kjente stålfjærvarianter oppnå 50$ byggehøydereduksjon med en samtidig 60 #-ig øking av fjærstrekningen ved konstant kraft.

Utførelseseksempel 1

41,06 masseandeler av en lineær polyesteralkohol på basis av adipinsyre,, heksandiol-1,6 og butandiol-1,4 med en molekylærvekt på 2150 blandes ved 60°C med 11,41 masseandeler butandiol-1,4, 4,56 masseandeler av en lavmolekylær diol på en basis av adipinsyre, dietylenglykol og etylenglykol med en molekylærvekt på 556 samt med 0,32 masseandeler av en monool på basis av en blanding av C8 - C18-f ettalkoholer, 0,77 masseandeler av et hydrolysebeskyttelsesmiddel og med 0,14 masseandeler av et glidemiddel. Blandingen foretas i 60 sek. og deretter bringes blandingen til reaksjon med 41,74 masseandeler av til 50° C opphetet 4,4'-difenylmetandiisocyanat under stadig omrøring. NC0/0H-forholdet til reaktantene utgjør 1,06:1.

Ekvivalentforholdet mellom høymolekylær polyol og diisocyanat utgjør 1:8,7. Ekvivalentforholdet mellom høymolekylær diol og lavmolekylære dioler utgjør 1:7,1. Etter 1 minutts homogen-isering støpes reaksjonsblandingen på en plate ved 130°C. Den størknede polyuretanformmasse er granuleringsdyktig etter 36 timer.

De av granulatet ved hjelp av sprøytestøping fremstilte prøvelegemer har følgende karakteristiske verdier:

Utførelseseksempel 2

45,93 masseandeler av en lineær polyesteralkohol på basis av adipinsyre, heksandiol-1,6 og butandiol-1,4 med en molekylærvekt på 2000 blandes ved 60°C med 11,81 masseandeler butandiol-1,4, 0,78 masseandeler av et hydrolysebeskyttelsesmiddel og med 0,14 masseandeler av et glidemiddel. Blandings-tiden er 60 sek. og deretter bringes blandingen under stadig omrøring til reaksjon med 41,34 masseandeler av til 50°C oppvarmet 4 ,4 '-difenylmetandiisocyanat. NC0/0H-forholdet mellom reaktantene utgjør 1,06:1..

Ekvivalentforholdet for høymolekylær polyol og diisocyanat utgjør 1:7,2. Ekvivalentforholdet for høymolekylær diol og lavmolekylær diol utgjør 1:5,7. Etter 1 minutts homogeniser-ing blir reaksjonsblandingen støpt på en plate ved 120°C. Den strøknede polyuretan-formmasse er granuleringsdyktig etter 36h.

De av granulatet ved hjelp av sprøytestøping fremstilte prøvelegemer hadde følgende karakteristiske verdier:

Utførelseseksempel 3

Av TPU'en etter eksemplene 1 og 2 ble det med sprøytestøping fremstilt isolerings- og fjærelementer ifølge eksempel 4, se skisse. De praksisnære forsøk ble gjennomført på en impul-sator med en last fra 0-30 kN opptil 8 millioner lastvekslinger.

Mens de parallelt undersøkte stålfjærringer var helt nedslitt etter 500 000 lastvekslinger, hadde de nye TPU-elementer ingen skader, ingen riss og oppviste ingen slitasje, og de viste god dempingsevne. Etter opptak av fjærkarakteristikker kunne man ved bruk av de nye isolerings- og f jærelementer sammenlignet med en stålvariant oppnå 50$ byggehøydereduksjon med en samtidig 60 #-ig øking av fjærstrekningen ved konstant kraft.

Spennbetongsviller, med en motstand på 2 til 5 kf2, ble forsynt med isolerings- og fjærelementer av TPU-materialet ifølge eksempel 1 og 2, og man kunne måle isoleringsverdier på > 5 00 Ml.

Utførelseseksempel 4

Oppfinnelsen samt ytterligere fordeler og utforminger er forklart nærmere nedenfor i forbindelse med de på tegningene viste utførelseseksempeler.

Fig. 1 og 2 viser en elastisk og elektrisk isolert befestig-elsesinnretning ifølge oppfinnelsen, anvendt for betong-eller tresviller.

I det i fig. 1 viste eksempel bærer en betong- eller tresville en skinne, og under skinnen er det lagt en plate 2 av isolerende og dempende TPU. Den i dybelen eller trevirket i svillen forankrede svilleskrue overfører spennkraften via en TPU-isoleringshylse 1 til det av stål utførte klemelement og skilles mekanisk og elektrisk fra dette ved hjelp av isoleringshylsen. Skinnefotkanten skilles fra klemelementet ved hjelp av en høyslitasjefast, elastisk og elektrisk isolert TPU-list 3.

I en utsparing i svillen er klemelementet elastisk og mekanisk skilt ved hjelp av en TPU-list 4.

I det i fig. 2 viste utførelseseksempel bærer en betong-eller tresville en skinne på et vanlig elastisk underlag eksempelvis av gummi. Skinnefotkanten er skilt fra klemelementet med en høyslitasjefast, elastisk og elektrisk isolert TPU-list 3. Den i dybelen henholdsvis trevirket i svillen forankrede svilleskrue overfører spennkraften via en TPU-fjærskive 5 til det av stål utførte klemelement. I en utsparing i svillen er det lagt inn en TPU-list 4 som skiller klemelementet fra svillen elastisk og mekanisk.

Utførelseseksempel 5

I fig. 3 er vist en befestigelse med et skinneklemelement og en skrueforbindelse (svilleskrue eller hammerhodeskrue). Skinnefoten 9 er mekanisk og elektrisk skilt fra skruen 11 ved hjelp av et av termoplastisk polyuretan (TPU) klemelement 6 og er elastisk spent mot skinneunderstøttelsen 8. Skinnen skilles fra svillen med en isolerende og dempende TPU-plate 10. Dermed tilveiebringes det en elektrisk isolering av skinnen. Dessuten oppnås en fullstendig avtetting av spennhylsen henholdsvis dybelen mot fuktighet.

Utførelseseksempel 6

Fig. 4 viser en befestigelse med et skinneklemelement, hvor skinnen er spent fast ved hjelp av skinnenagler og holdes nede på en betong- eller tresville. Skinnefoten 9 er isolerende spent og nedholdt ved hjelp av et TPU-klemelement 7 og en skinnenagle 12 samt en kraf tfordelingsplate 13.

Skinnen skilles fra skinneunderstøttelsen 8 ved hjelp av en isolerende og dempende TPU-plate 10. På denne måten er man sikret en fullstendig elastisk fastspenning. Mot skinnefoten har man her en hindring mot inntrengning av fuktighet.

Utførelseseksempel 7

Fig. 5 viser en befestigelse med skinneklemelement, skrueforbindelse og en av stål utført kraftfordelingsplate. Skinnefoten 9 er spent mot skinneunderstøttelsen 8 ved hjelp av et slisset TPU-klemelement 14 og en svilleskrue 11 samt en slisset kraftfordelingsplate 15 (av stål). Skinnen er skilt fra skinneunderstøttelsen 8 med en isolerende og dempende TPU-plate 10. Klemelementet 14 kan fjernes fra skinneunder-støttelsen uten fjerning av svilleskruen.

Den slissede kraftfordelingsplate muliggjør en lett montering. Heller ikke her kan væske trenge inn i spennhylsen/- dybelen.

Claims (6)

1. Isolerings- og f jærelementer eller klemelementer (1-7,10,14) for befestigelse av skinner med kjente skrue-, nagle- eller boltlignende forbindelser for opptak av horisontale og/eller vertikale krefter ved elastisk sammenspenning, med samtidig tetting av hullene i de av stål fremstilte klemelementer mot inntrenging av væske, oppnåelse av en elastisk isolering og støyreduksjon, hvilke elementer er etterspennbare og også egner seg for skinneunderstøttelser (8) av ulike materialer med direkte skinneopplagring, karakterisert ved at elementene består av kuldebestandig, høymodulær termoplastisk polyuretan med en trykkfasthet på > 35 N/mm<2 >og en elastisk trykkdeformering opptil 40$ og er anordnet i kjente skinnebefestigelsesanordninger i form av elastomere bånd (2-10), lister (3), skiver (5) eller hylser (1,14) eller som kileformede elementer, vinkellister (4) eller hodeelementer (6,7).

2. Isolerings- og fjærelementer eller klemelementer ifølge krav l.karakterisert ved at mellom skinnefot (9) og stål-, tre- eller betongkonstruksjoner (8) befinner elastomerlistene eller- båndene (2,3,10) seg, mellom skrue (11) og klemelement befinner elastomerskivene eller- hylsene (1,5,7,14) seg, samt ved at mellom støtteflaten på klemelementet til svillen eller underlagsplaten og/eller skinnefoten og klemelementet befinner elastomerlistene (3,4) seg.

3. Isolerings- og fjærelementer eller klemelementer ifølge krav 1, karakterisert ved at det består av et slisset elastomert klemelement (14) som ved hjelp av en skrueforbindelse (11) og en slisset fordelerplate (15) sammenspenner skinnefoten (9) med skinneunderstøttelsen (8).

4 . Isolerings- og fjærelementer eller klemelementer ifølge krav 1-3, karakterisert ved at de elastomere elementer består av termoplastisk bearbeidbare polyuretan-elastomerer, hvilke har en kuldesprøhetstemperatur på minst -35°C, idet polyuretanelastomerene består av høymolekylære polyhydroksylforbindelser og diisocyanater i et ekvivalentforhold på 1:7 til 1:14 og lavmolekylære hydroksylforbindelser inneholdene vannstoffatomer, i et ekvivalentforhold på 1:5 til 1:12 og som høymolekylære polyhydroksylforbindelser inneholder polyester og alkoholer på basis av adipinsyre og en blanding av heksandiol-1,6 og butandiol-1,4 i et ekvi-valentf orhold på 1:3 til 3:1 med heksandiol-1,6 til butandiol-1,4 med en midlere molær masse på 1800 til 2500.

5 . Isolerings- og fjærelementer eller klemelementer ifølge krav 1-4, karakterisert ved at de diaktive vannstoffatomer inneholdende lavmolekylære hydroksylforbindelser er alifatiske og/eller aromatiske dioler med en molær masse på 60-600.

6. Isolerings- og fjærelementer eller klemelementer ifølge krav 1-5, karakterisert ved at det som diisocyanat benyttes 4,4'-di-fenylmetandiisocyanat.