WO2004048695A1 - Rahmenschwelle und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2004048695A1
WO2004048695A1 PCT/DE2003/003860 DE0303860W WO2004048695A1 WO 2004048695 A1 WO2004048695 A1 WO 2004048695A1 DE 0303860 W DE0303860 W DE 0303860W WO 2004048695 A1 WO2004048695 A1 WO 2004048695A1
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frame
sleeper
concrete
sleepers
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Peter Plica
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Peter Plica
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    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B23/00Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
    • B28B23/02Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects wherein the elements are reinforcing members
    • B28B23/04Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects wherein the elements are reinforcing members the elements being stressed
    • B28B23/06Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects wherein the elements are reinforcing members the elements being stressed for the production of elongated articles
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/28Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone
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    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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    • E01B3/28Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone
    • E01B3/32Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone with armouring or reinforcement
    • E01B3/34Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone with armouring or reinforcement with pre-tensioned armouring or reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a frame sleeper made of prestressed concrete with an increased number of rail fastenings for a railway ballast track and a method for producing this sleeper.
  • Grid-like railway sleepers consisting of cross sleepers and longitudinal beams running under the rails, hereinafter referred to as frame sleepers, are known as monolithic prestressed concrete parts in various embodiments. Your advantages over the classic ballast track with cross sleepers are in
  • the increased support area in the ballast With regard to the positional stability of the track, the increased support area in the ballast, the greater lateral resistance of the individual sleepers and, in particular, the horizontal frame load-bearing capacity of the track grate.
  • the frame bearing effect essentially depends on the size of the clamping forces in the elastic spring elements of the rail fastenings, which connect rails and sleepers to one another via frictional forces.
  • the rails act as tension and compression belts of the lying girder formed by the track grate, while the sleepers transmit the thrust forces occurring between the belts. If the existing frictional forces in the rail fastenings are exceeded, the rails slide on the sleepers and the individual frame sleepers can twist against each other in the horizontal plane. This means that once the rails slide through the rail fasteners, the frame load-bearing capacity can no longer be increased.
  • a known embodiment of the frame sleeper according to DE 198 42 312 Cl with a carrier grating composed of two transverse sleepers and two longitudinal members has a rail fastening with two spring elements and one rail support element in each crossing point of the supporting elements.
  • An increase in the clamping forces via additional rail fastenings is only possible through a closer arrangement of the cross ties.
  • a further embodiment according to DE 100 23 389 AI with a cross sleeper and two short, longitudinal beams projecting on both sides has the disadvantage that a narrower sleeper arrangement and therefore more rail fastenings per running meter of track is not possible because of the necessary gaps for stuffing the sleepers.
  • a reduction in the number of rail fastenings due to a larger sleeper spacing can only be carried out to a limited extent because this increases the ballast pressure and the rail load disadvantageously.
  • the object of the present invention is therefore to provide a frame sleeper for a track structure which is suitable for use under high loads, in particular for mountain routes with tight curve radii, and which can be produced at such low cost that it can also be used on routes with low load can be used economically. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for producing such a frame threshold.
  • the invention is based on the knowledge that the use of at least two rail fastenings in each intersection area of the two cross sleepers and longitudinal beams can generate high clamping forces even when conventional rail fastenings and common rail support elements are used, as are also used with pure cross sleepers , By providing the
  • Rail fastenings in the crossing areas are so closely spaced that one can still speak of a quasi-static mounting, even if at least two rail fastenings are provided in each crossing area. This avoids lifting the rail from individual rail supports under load even with more than two support surfaces over the length of a side member.
  • the at least one support surface on which the respective rail is mounted with the interposition of at least one elastic rail support element can extend essentially over the entire extent of the
  • each intersection area can have a number of contact surfaces corresponding to the number of mountable rail fastenings, wherein preferably each position for a rail fastening, seen in the direction of the rail, lies in the area of a support surface
  • the pretensioning of the frame sleeper can be designed such that the crossing areas are prestressed in two axes, namely both in the direction of the respective longitudinal member and in the direction of the respective crossbar.
  • the points of all support surfaces assigned to each rail preferably have a maximum distance of 0.5 mm from a reference plane, which results from the fact that a rail with an ideally flat underside is placed on the support surfaces, the underside forming the reference plane , This makes it possible to use rail support elements which have a relatively high spring ratio.
  • the frame sleeper according to the invention has a distance between the axes of the cross sleeper of 55 cm to 70 cm. This results in dimensions for the entire threshold, which on the one hand make it possible that the threshold can also be used in tight bends and can follow the required deflections of the rails in a sufficiently flexible manner when loaded by the wheels of rail vehicles.
  • the at least two rail fastenings per crossing area result in such a large clamping force even at this usual rail spacing that extremely high loads can be safely absorbed without the rails or the track structure being warped.
  • the frame sleepers according to the invention can be preassembled into preassembled frame sleeper units, each consisting of a frame sleeper and at least one rail attachment preassembled for each intersection area and at least one rail support element preassembled for each intersection area. This results in a simplified assembly of a track structure using such pre-assembled frame sleeper units.
  • the multiple rail support elements (5) preferably have spring digits of the same size.
  • a track structure can be realized in such a way that in the track structure that is exposed to high loads, in particular in sections that have a large slope and / or narrow curve radii and / or that are exposed to large temperature fluctuations, frame sleepers at least two rail fastenings are provided per crossing area.
  • the same frame sleepers can be used with only a single rail attachment be provided for each crossing area.
  • the frame sleepers can be designed so that the rail fastenings can be assembled or preassembled so that the position at which the only rail fastener is installed per crossing area is between the positions at which two or more rail fastenings are installed per crossing area if necessary.
  • the threshold can be equipped with the necessary number of rail fastenings mainly in the factory, but also on the construction site. This improves the adaptation to unforeseen planning changes.
  • the frame sleeper according to the invention can only be produced in one work step with the manufacturing method of "early demoulding" according to the invention.
  • the partial hardening of the concrete in the formwork leads to a high dimensional accuracy of the eight rail support surfaces of a sleeper in terms of height and flatness.
  • the method according to the invention for producing such a frame sleeper is characterized in that the frame sleeper freshly concreted in a corresponding formwork form is not immediately removed, but only after a first hardening stage of the concrete has been reached, which precludes deformation of the concrete body.
  • the required tight tolerances between the support surfaces of the frame sleeper per rail can be achieved without reworking the sleeper.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the underlay plates or pallets that are usually used in the immediate removal of formwork from the sleepers to support the fresh concrete under the stenter frame can be dispensed with.
  • the molds and chip holders are no longer rotated when the sleepers are removed from the formwork, the later turning back of these production facilities by corresponding turning devices is no longer necessary.
  • Figure 1 is a plan view of the frame sleeper with two rail fastenings or four elastic spring elements and two rail support elements in each crossover area of cross sleepers and side members.
  • FIG. 2 shows a plan view of the frame sleeper with two rail fastenings and two rail supports combined to form a one-piece element in each crossover area of cross sleepers and longitudinal members;
  • FIG. 3 shows a plan view of the frame sleeper with a central rail fastening and two rail supports in each crossing area
  • FIG. 4 shows a section along the axis of a side member according to FIG. 1; 5 shows different phases of the method according to the invention for producing a frame sleeper according to FIGS. 1 to 4.
  • a frame sleeper of known type is shown with two cross sleepers 1 and two longitudinal beams 2, the crossing areas of which have been enlarged so that according to the invention at least two rail fastenings, preferably also used in previously known track structures, can be arranged next to one another and nevertheless the voltage flow in the cross sleepers 1 and longitudinal beam 2 is only slightly disturbed.
  • exactly 2 rail fastenings and two rail support elements 5 are shown.
  • more than two rail fastenings or, regardless of the number of rail fastenings, any number of rail support elements can also be provided.
  • a rail support element can be provided for each rail fastening in such a way that the rail support element in question lies in the region between the rail and the sleeper frame, in which the clamping forces generated by the rail fastenings also act.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the support design, in which the two rail support elements 5 form one piece in an intersection area
  • Rail support element 5 can contribute to simplification in the production and assembly of the elastic intermediate layers.
  • Fig. 3 shows an inexpensive embodiment of the frame sleeper according to Fig. 1 or 2 for routes with only a small load, for example flat country routes. In such cases, it is sufficient to provide only one rail fastening per crossing area instead of two or more rail fastenings. However, two rail supports 5 can still be arranged between the rail and the sleeper frame. This type of construction leads to reduced costs for rail fastening.
  • threshold frame can be used for high and low load routes.
  • the precautions for mounting the rail fastenings can already be taken in the factory during the manufacture of the sleeper shapes.
  • a single type of sleeper frame can be produced, for example, which has three positions in each crossing area, seen in the longitudinal direction of the rail to be mounted, for one rail fastening on each side of the rail to be mounted. All of the assembly methods shown in FIGS. 1 to 4 can thus be implemented.
  • the non-filled points represent the positions for rail fastenings, which are not occupied in this case.
  • FIG. 4 shows a vertical section along the axis of a side member 2 according to FIG. 1 with the arrangement of two rail fastenings in the widened support. area of an intersection.
  • a mounting recess 6 between the rail 3 and the threshold in on the top of the longitudinal beam 2 for the installation of casting molds for rail welding in the event of a possible breakage of the rail during operation.
  • the embodiment according to the invention provides spring numbers of 50 to 80 KN / mm for each individual rail support element 5 and height tolerances of a maximum of 0.5 mm between the supports of a threshold per rail.
  • the tolerances are defined in such a way that when a rail with an absolutely flat underside is placed on the support surfaces of the sill frame (without rail support elements), there is a maximum distance of 0.5 mm from each point of the support surface to the plane defined by the underside of the rail consists.
  • the production of a frame sleeper requires the use of immediate demoulding because of the high costs for the complex formwork forms, in order to reduce the number of forms and to limit the constantly necessary dimensional control of the forms.
  • immediate demoulding the sleepers produced are removed from the mold immediately after concreting.
  • the threshold is only reached after one
  • Concrete strength of approx. 5-10 N / mm is lifted out of the mold, so that subsequent concrete deformations are excluded. This concrete strength is achieved after about three to four hours of curing. In this way, the support heights available in the formwork form and which are continuously checked are transferred to the sleeper without any changes.
  • the tensioning frames 9 with the tensioning rods 10 fastened therein are inserted into the formwork from above. form 8 inserted, the tie rods 10 are guided down through vertical slots in the formwork 8. The sleepers are then concreted upside down by introducing a suitable concrete mixture into the formwork 8.
  • the tension rods 10 are released from the tension frame 9 and the sleepers in a special relaxation system; the thresholds are then lifted upwards, as shown in FIG. 5d, and only turned over to the normal position in this phase.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine einstückige Rahmenschwelle aus Spannbeton, bestehend aus zwei Querschwellen und zwei unter den Schienen verlaufenden Längsträgern, wobei jeder der vier Kreuzungsbereiche von Querschwellen (1) und Längsträgern (2) wenigstens eine ebene Auflagefläche zur Auflage wenigstens eines elastischen Schienenauflagerelements (5) aufweist, und wobei die Rahmenschwelle hinsichtlich der Geometrie, der Materialbeschaffenheit und der Vorspannung so dimensioniert ist, dass auf jedem Kreuzungsbereich wenigstens zwei Schienenbefestigungen, welche jeweils zwei elastische Federelemente (4) umfassen, montierbar sind. Die Herstellung der Rahmenschwelle kann unter Verwendung einer Vorspannung mit direktem Verbund und Einsatz von Spannrahmen (9) für eine zweiachsige Bewehrung dadurch erfolgen, dass die frisch betonierte Schwelle erst nach Erreichen einer ersten Erhärtungsstufe des Betons ohne Drehung der Schalungsform(8) nach oben entschalt wird, in Überkopflage bis zur endgültigen Erhärtung gelagert wird, und erst nach der Übertragung der Spannkräfte auf den Beton und Trennung vom Spannrahmen (9) in ihre Normallage gedreht wird.

Description

Rahmenschwelle und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Rahmenschwelle aus Spannbeton mit einer erhöhten Anzahl von Schienenbefestigungen für einen Eisenbahnschotteroberbau und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schwelle.
Gitterrostartige Eisenbahnschwellen bestehend aus Querschwellen und unter den Schienen verlaufenden Längsträgem, im Folgenden als Rahmenschwellen bezeichnet, sind als monolithische Spannbetonfertigteile in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Ihre Vorteile gegenüber dem klassischen Schotteroberbau mit Querschwellen sind in
Hinsicht auf die Lagestabilität des Gleises auf die vergrößerte Auflagerfläche im Schotter, den größeren Querverschiebewiderstand der Einzelschwellen und insbesondere auf die horizontale Rahmentragwirkung des Gleisrostes zurückzuführen.
Die Rahmentragwirkung hängt dabei wesentlich von der Größe der Klemmkräfte in den elastischen Federelementen der Schienenbefestigungen ab, die über Reibungskräfte Schienen und Schwellen miteinander verbinden. Die Schienen wirken als Zug- und Druckgurte des durch den Gleisrost gebildeten, liegenden Trägers, während die Schwellen die zwischen den Gurten auftretenden Schubkräfte übertragen. Werden die vorhandenen Reibungskräfte in den Schienenbefestigungen überschritten, so rutschen die Schienen auf den Schwellen und die einzelnen Rahmenschwellen können sich in der horizontalen Ebene gegeneinander verdrehen. D.h., sobald ein Durchrutschen der Schienen in den Schienenbefestigungen erfolgt, lässt sich die Rahmentragwirkung nicht mehr steigern.
In Gebirgsstrecken mit engen Kurven sind die Anforderungen an die Lagestabilität des Oberbaus am höchsten. Sie nehmen deutlich ab bei Flachlandstrecken mit großen Kurvenradien. Deshalb ist ein enger Abstand der Schienenbefestigungen bei Gebirgsstrecken und ein weiter Abstand bei Flachlandstrecken anzustreben. Von Bedeutung ist weiterhin, dass ein engerer Abstand der Schienenbefestigungen und damit ein erhöhter Durchschubwiderstand der Schienen gegenüber den Schwellen auch in Hinsicht auf Bremskräfte und Bruchlücken bei Schienenbrüchen günstig ist.
Eine bekannte Ausführungsart der Rahmenschwelle gemäß der DE 198 42 312 Cl mit einem aus zwei Querschwellen und zwei Längsträgem zusammengesetzten Trägerrost weist in jedem Kreuzungspunkt der Tragelemente eine Schienenbefestigung mit jeweils zwei Federelementen und einem Schienenauflagerelement auf. Eine Erhöhung der Klemmkräfte über zusätzliche Schienenbefestigungen ist nur durch eine engere Anord- nung der Querschwellen möglich. Abhängig vom Einsatzzweck sind damit mehrere
Schwellentypen erforderlich. Die unterschiedlichen Schwellenabmessungen führen aber zu erheblichen Mehrkosten in der Schwellenproduktion.
Eine weitere Ausfuhrungsart gemäß der DE 100 23 389 AI mit einer Querschwelle und zwei kurzen, beidseitig auskragenden Längsträgern weist den Nachteil auf, dass eine engere Schwellenanordnung und damit mehr Schienenbefestigungen pro laufenden Meter Gleis wegen der notwendigen Zwischenräume zum Stopfen der Schwellen nicht möglich ist. Auch eine Verringerung der Anzahl der Schienenbefestigungen durch größeren Schwellenabstand ist nur bedingt ausführbar, weil sich damit die Schotterpres- sung und die Schienenbeanspruchung nachteilig vergrößern.
Ein zusätzliches Problem bei der Anordnung mehrerer Schienenbefestigungen und Schienenauflager unter einer Schiene entsteht dadurch, dass mehr als zwei Schienenauflager auf dem Längsträger unter der rollenden Last Zwängungskräfte zwischen Schiene und Schwelle erzeugen, die zu einem Abheben der Schiene von einzelnen
Schienenauflagern führen können. Dieser nachteilige Effekt, der durch die statisch unbestimmte Lagerung der Schiene auf dem Längsträger entsteht, wird durch die unvermeidbaren Höhentoleranzen der Einzelbauteile Schiene, Zwischenlage und Schwelle noch verstärkt. Die damit verbundene Überbeanspruchung aller Teile und der daraus folgende erhöhte Verschleiß müssen unbedingt vermieden werden. Ein derartiger, plattenartiger Schwellenrahmen mit mehreren Schienenauflagern und entsprechend großer Länge in Gleislängsrichtung ist der AT 377 806 zu entnehmen. In der Praxis wird ein derartiger Schwellenrahmen mit einer Länge von 2,4 m verwendet, d.h., die Schienenbefestigungen erfolgen im üblichen Abstand von 60 cm. Um die oben beschriebenen Zwängungskräfte, die mit ansteigender Schwellenlänge in Gleisrichtung noch weiter anwachsen, zu beherrschen, ist der Einbau sehr weicher Schienenauflager- elemente mit einer Federziffer von ca. 20 KN/mm in jedem Stützpunkt unvermeidbar. Derart weiche Schienenauflager wirken jedoch lärmerhöhend und sind zudem sehr teuer. Die Anordnung mehrerer Schienenbefestigungen im üblichen Abstand von ca. 60 cm im Bereich des Längsträgers führt außerdem zu weiteren technischen Problemen. Einerseits verlängert sich der Schwellenrahmen in Gleislängsrichtung so sehr, dass er in engen Kurven wegen der geradlinig fluchtenden Schienenauflager nicht mehr eingebaut werden kann. Andererseits führen die über den Längsträger verteilten Schienenauflager- elemente zu einer unerwünscht großen Längsträgerbreite, die das Unterstopfen dieser
Bauteile erschwert.
Aus der DE 198 42 312 Cl ist es bekannt, die ungünstige Wirkung von mehr als zwei Schienenauflagern auf einem Längsträger durch eine Kombination zweier äußerer, harter Schienenauflagerelement und einem sehr weichen, vorgespannten Zwischenauflagerelement zu vermeiden. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass diese Ausführungsart zu einer erhöhten Luftschallemission führt, weil die sehr weiche Zwischenlage als schwin- gungsdämpfendes Element versagt. Der Ersatz der weichen Zwischenlage durch eine härtere ist aber erfahrungsgemäß nicht möglich, da es bisher nicht mit vertretbarem Aufwand möglich ist, Rahmenschwellen mit einer ausreichenden Genauigkeit herzustellen. Insbesondere können bei der bisher üblichen Herstellung von Rahmenschwellen aus Spannbeton mit dem Verfahren der Sofortentschalung die notwendigen kleineren Betontoleranzen nicht eingehalten werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Rahmenschwelle für eine Gleisstruktur zu schaffen, die für den Einsatz bei hoher Beanspruchung, insbesondere für Gebirgsstrecken mit engen Kurvenradien, geeignet ist und dabei so kostengünstig herstellbar ist, dass sie auch für den Einsatz bei Strecken mit geringer Belastung in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rahmenschwelle zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 13 gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung von wenigstens zwei Schienenbefestigungen in jedem Kreuzungsbereich der jeweils zwei Querschwellen und Längsträger hohe Klemmkräfte selbst dann erzeugt werden können, wenn übliche Schienenbefestigungen und übliche Schienenauflagerelemente verwendet werden, wie sie auch bei reinen Querschwellen eingesetzt werden. Durch das Vorsehen der
Schienenbefestigungen in den Kreuzungsbereichen liegen diese so nah beabstandet, dass nach wie vor von einer quasi-statischen Lagerung gesprochen werden kann, auch wenn in jedem Kreuzungsbereich wenigstens zwei Schienenbefestigungen vorgesehen sind. Hierdurch wird ein Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagern unter Belastung auch bei mehr als zwei Auflagerflächen über die Länge eines Längsträgers vermieden.
Nach einer Ausführungsform kann sich die wenigstens eine Auflagefläche, auf welcher die jeweilige Schiene unter Zwischenlage von wenigstens einem elastischen Schienen- auflagerelement montiert wird, im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung des
Kreuzungsbereichs in Schienenrichtung erstrecken. Selbstverständlich kann die Auflagefläche in Schienenrichtung jedoch auch in mehrere separate Auflageflächen unterteilt sein. Beispielsweise kann jeder Kreuzungsbereich eine der Anzahl der montierbaren Schienenbefestigungen entsprechende Anzahl von Auflageflächen aufweisen, wobei vorzugsweise jede Position für eine Schienenbefestigung, in Schienenrichtung gesehen, im Bereich einer Auflagefläche liegt
Nach der bevorzugten Ausführungsform kann die Vorspannung der Rahmenschwelle so ausgebildet sein, dass die Kreuzungsbereiche in zwei Achsen, nämlich sowohl in Richtung des jeweiligen Längsträgers als auch in Richtung der jeweiligen Querschwelle vorgespannt sind.
Die Punkte aller jeweils einer Schiene zugeordneter Auflageflächen weisen vorzugswei- se einen maximalen Abstand von 0,5 mm von einer Bezugsebene auf, welche sich dadurch ergibt, dass eine Schiene mit gedacht ideal ebener Unterseite auf die Auflageflächen aufgelegt wird, wobei die Unterseite die Bezugsebene bildet. Hierdurch wird es ermöglich, Schienenauflagerelemente einzusetzen, die eine verhältnismäßig hohe Federziffer aufweisen.
In der bevorzugten Ausfuhrungsform weist die erfindungsgemäße Rahmenschwelle einen Abstand zwischen den Achsen der Querschwellen von 55 cm bis 70 cm auf. Damit ergeben sich Abmessungen für die gesamte Schwelle, die es einerseits ermöglichen, dass die Schwelle auch noch in engen Kurven verwendbar ist und den geforderten Durchbiegungen der Schienen bei einer Belastung durch die Räder von Schienenfahrzeugen noch ausreichend flexibel folgen kann. Andererseits ergibt sich durch die wenigstens zwei Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich auch noch bei diesem üblichen Schienenabstand eine so große Klemmkraft, dass extrem hohe Belastungen ohne eine Verwerfung der Schienen bzw. der Gleisstruktur sicher aufgenommen werden können.
Die Rahmenschwellen nach der Erfindung können zu vorkonfektionierten Rahmenschwelleneinheit vormontiert werden, die jeweils aus einer Rahmenschwelle und wenigstens einer pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenbefestigung sowie we- nigstens einem pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenauflagerelement bestehen. Damit ergibt sich eine vereinfachte Montage einer Gleisstruktur unter Verwendung solch vormontierter Rahmenschwelleneinheiten.
Bei einer Gleisstruktur nach der Erfindung ist in jedem Kreuzungsbereich entweder ein einziges Schienenauflagerelement (5') mit einer Federziffer im Bereich von 100 bis 160
KN/mm vorgesehen oder es sind in jedem Kreuzungsbereich mehrere Schienenauflagerelemente (5) vorgesehen, wobei die gesamte, durch die Parallelschaltung der Federziffern der mehreren Schienenauflagerelemente (5) entstehende gesamte Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm liegt, wobei die mehreren Schienenauflagerelemente (5) vorzugsweise gleich große Federziffem aufweisen.
Mit den erfindungsgemäßen Rahmenschwellen bzw. Rahmenschwelleneinheiten lässt sich eine Gleisstruktur so realisieren, dass in der Gleisstruktur, die hohen Belastungen ausgesetzt ist, insbesondere in Abschnitten, die eine große Steigung und/oder enge Kurvenradien aufweisen und/oder die großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Rahmenschwellen mit wenigstens zwei Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich vorgesehen sind. In Abschnitten der Gleisstruktur, die niedrigen Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere in Abschnitten, die eine geringe oder keine Steigung und/oder große oder keine Kurvenradien aufweisen und/oder die kleinen Temperatur- Schwankungen ausgesetzt sind, können dagegen die selben Rahmenschwellen mit nur einer einzigen Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich vorgesehen sein. Dabei können die Rahmenschwellen so ausgebildet sein, dass die Schienenbefestigungen so montierbar bzw. vormontiert sind, dass die Position, an der erforderlichenfalls die einzige Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich montiert wird, zwischen den Positionen liegt, an denen erforderlichenfalls zwei oder mehrere Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich montiert werden.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle sind vor allem darin zu sehen, dass: 1. für alle Einsatzbereiche der Rahmenschwelle sowohl in Gebirgsstrecken wie in Flachlandstrecken nur ein einziger Schwellentyp verwendet werden kann. Die E- lemente der Schienenbefestigungen und Schienenauflager sind dank der beschränkten Schwellenlänge in Gleisrichtung die gleichen wie im bekannten Quer- schwellengleis. Die damit verbundenen Vereinfachungen in Produktion, Lagerhaltung und Verlegung führen zu erheblichen Kosteneinsparungen.
2. die Schwelle hauptsächlich im Werk, aber auch auf der Baustelle mit der notwendigen Anzahl von Schienenbefestigungen ausgerüstet werden kann. Damit verbes- seit sich die Anpassung an unvorhergesehene Planungsänderungen.
3. alle Einbauteile der Schienenbefestigungen sich innerhalb der Kreuzungsbereiche der vorgespannten Querschwellen und Längsträger befinden, d.h., sie liegen in einer zweiachsig gedrückten Betonzone. Eine mögliche Rissbildung im Beton rings um die Einbauteile wird dadurch verhindert. Wegen der Konzentration der Schienenbefestigungen auf den Kreuzungsbereich kann außerdem die Breite von Querschwellen und Längsträgern unabhängig vom Platzbedarf der Schienenbefestigungen frei gewählt werden.
4. nur mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der „Frühentschalung" die erfindungsgemäße Rahmenschwelle in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann. Das Verfahren führt durch die Teilerhärtung des Betons in der Schalungsform zu einer hohen Maßgenauigkeit der insgesamt acht Schienenauflagerflächen einer Schwelle in Bezug auf Höhenlage und Ebenheit.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer derartigen Rahmenschwelle zeichnet sich dadurch aus, dass die in einer entsprechenden Schalungsform frisch betonierte Rahmenschwelle nicht sofort entschalt wird, sondern erst nach Erreichen einer ersten Erhärtungsstufe des Betons, die Verformungen des Betonkörpers ausschließt. Hierdurch lassen sich die geforderten engen Toleranzen zwischen den Auflagerflächen der Rahmenschwelle pro Schiene ohne Nachbearbeitung der Schwelle erreichen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die bei der bisher üblichen sofortigen Entschalung der Schwellen zur Stützung des frischen Betons unter den Spannrahmen üblicherweise benutzten Unterlagsbleche oder Paletten entfallen können. Da außerdem die Formen und Spanmahmen beim Entschalen der Schwellen nicht mehr gedreht werden, ist auch das spätere Zurückdrehen dieser Fertigungseinrichtungen durch entsprechende Drehvorrichtungen nicht mehr erforderlich.
Weitere Ausführungsformen der Rahmenschwelle oder Rahmenschwelleneinheit oder des Verfahrens zur Herstellung derartiger Rahmenschwellen nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit zwei Schienenbefestigungen bzw. vier elastischen Federelementen und zwei Schienenauflagerelementen in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgern;
Fig. 2 eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit zwei Schienenbefestigungen und zwei, zu einem einstückigen Element zusammengefassten Schienenauflagern in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgern;
Fig. 3 eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit einer mittigen Schienbefestigung und zwei Schienenauflagern in jedem Kreuzungsbereich;
Fig. 4 einen Schnitt längs der Achse eines Längsträgers gemäß Fig. 1 ; Fig. 5 verschiedene Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Rahmenschwelle nach den Fig. 1 bis 4.
In Fig. 1 ist eine Rahmenschwelle bekannter Art mit zwei Querschwellen 1 und zwei Längsträgern 2 dargestellt, deren Kreuzungsbereiche so vergrößert worden sind, dass erfindungsgemäß wenigstens zwei, vorzugsweise auch bei bisher bekannten Gleisstrukturen verwendete Schienenbefestigungen nebeneinander angeordnet werden können und trotzdem der Spannungsfluss in den Querschwellen 1 und Längsträgem 2 nur geringfügig gestört wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind genau 2 Schienen- befestigungen und zwei Schienenauflagerelemente 5 dargestellt. Selbstverständlich können jedoch auch mehr als zwei Schienenbefestigungen oder auch, unabhängig von der Anzahl der Schienenbefestigungen, jede beliebige Anzahl von Schienenauflagerelementen vorgesehen werden. In der Praxis kann es aus wirtschaftlichen Gründen, beispielsweise aus Gründen einer reduzierten Lagerhaltung, jedoch angezeigt sein, zwei Schienenauflagerelemente zu verwenden, wie sie bisher bei bekannten Gleisstrukturen bereits eingesetzt werden. Insbesondere kann pro Schienenbefestigung ein Schienen- auflagerelement so vorgesehen werden, dass das betreffende Schienenauflagerelement im Bereich zwischen Schiene und Schwellenrahmen liegt, in dem auch die durch die Schienenbefestigungen erzeugten Klemmkräfte wirken.
Gegenüber bekannten Ausführungsarten der Rahmenschwelle mit nur einer Schienenbefestigung und einem Schienenauflager in jedem Kreuzungsbereich hat sich hier also die Anzahl der Schienenbefestigungen und Schienenauflager verdoppelt. Das bedeutet, dass die zwischen Schienen und Schwellen übertragbaren Kräfte und damit die Trägerrost- Wirkung sich ebenfalls verdoppeln.
Diese Ausführungsart ist für höchste Anforderungen vorgesehen. Damit können auch erhöhte Temperaturen in der Schiene infolge der in modernen Zügen eingesetzten Wirbelstrombremse problemlos aufgenommen werden. Enge Bogen bis 200 m Radius lassen sich ohne Gefahr von Gleisverwerfungen mit durchgehend geschweißten Schienen ausführen.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Auflagerausbildung dargestellt, bei der die zwei Schienenauflagerelemente 5 in einem Kreuzungsbereich zu einem einstückigen
Schienenauflagerelement 5' zusammengefasst sind. Diese Ausführungsform kann zu einer Vereinfachung bei der Herstellung und Montage der elastischen Zwischenlagen beitragen.
Fig. 3 zeigt eine kostengünstige Ausführungsform der Rahmenschwelle nach den Fig. 1 oder 2 für Strecken mit nur geringer Belastung, beispielsweise Flachlandstrecken. In solchen Fällen genügt es, anstelle von zwei oder mehreren Schienenbefestigungen nur eine Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich vorzusehen. Es können jedoch nach wie vor zwei Schienenauflager 5 zwischen Schiene und Schwellenrahmen angeordnet sein. Diese Ausführungsart führt zu verminderten Kosten bei der Schienenbefestigung.
Jedoch kann ein und derselbe Schwellenrahmen für Strecken mit hoher und Strecken mit geringer Belastung eingesetzt werden.
Die Vorkehrungen zur Montage der Schienenbefestigungen, beispielsweise in der Schwellenform in jedem Kreuzungsbereich vorgesehene Bohrungen oder Dübel, können bereits werksseitig bei der Herstellung der Schwellenformen getroffen werden. Wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, kann beispielsweise ein einziger Schwellenrahmentyp hergestellt werden, der in jedem Kreuzungsbereich, in Längsrichtung der zu montierenden Schiene gesehen, drei Positionen für jeweils eine Schienenbefestigung beiderseits der zu montierenden Schiene aufweist. Damit lassen sich alle in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Montageweisen realisieren. In Fig. 3 stellen die nicht ausgefüllten Punkte die Positionen für Schienenbefestigungen dar, die in diesem Fall nicht belegt sind.
Fig._4 zeigt einen vertikalen Schnitt längs der Achse eines Längsträgers 2 gemäß Fig. 1 mit der Anordnung von jeweils zwei Schienenbefestigungen in der verbreiterten Aufla- gerfläche eines Kreuzungsbereichs. In der Mitte des Längsträgers 2 befindet sich zwischen Schiene 3 und Schwelle eine Montageausnehmung 6 in auf der Oberseite des Längsträgers 2 zum Einbau von Gussformen für Schienenschweißungen bei einem eventuellen Bruch der Schiene im Betrieb.
Um ein Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagern 5 in Fig. 2 zu vermeiden, müssen die Elastizität der Schienenauflagerelemente 5 und die Höhentoleranzen zwischen den vier Auflagerflächen längs einer Schiene 3 aufeinander abgestimmt sein. Die erfindungsgemäße Ausführungsart sieht Federziffern von 50 bis 80 KN/mm für jedes einzelne Schienenauflagerelement 5 und Höhentoleranzen von maximal 0,5 mm zwischen den Auflagern einer Schwelle pro Schiene vor. Die Toleranzen sind dabei so definiert, dass bei einem gedachten Auflegen einer Schiene mit vollkommen ebener Unterseite auf die Auflagerflächen des Schwellerirahmens (ohne Schienenauflagerelemente) ein maximaler Abstand von 0,5 mm von jedem Punkt der Auflagerflächen bis zu der durch die Unterseite der Schiene definierten Ebene besteht.
Das Befestigen der Schienen erfolgt mit üblichen Schienenbefestigungen mit Andruckskräften von ca. 17 bis 25 KN, so dass sich pro Schienenbefestigung bei einem angenommenen Reibwert von 0,5 eine Kraft von ca. 8,5 KN ergibt, die in Richtung der Schiene aufgenommen werden kann, bevor die Schiene beginnt, gegen über dem
Schwellenrahmen durchzurutschen.
Nach dem Stand der Technik erfordert die Herstellung einer Rahmenschwelle wegen der hohen Kosten für die aufwendigen Schalungsformen den Einsatz der Sofortent- Schalung, um die Anzahl der Formen zu verringern und die ständig notwendige Maßkontrolle der Formen einzuschränken. Bei der Sofortentschalung werden die hergestellten Schwellen sofort nach dem Betonieren aus der Form entschalt.
Hierdurch sind aber die erforderlichen Höhentoleranzen von maximal 0,5 mm in den vier Auflagerflächen eines Längsträgers mit dem Verfahren der Sofortentschalung nicht einzuhalten, weil geringe Verformungen des frisch entschalten Betons beim innerbetrieblichen Transport kaum zu vermeiden sind.
Neben den vorgenannten wirtschaftlichen Überlegungen wurde zur Herstellung von Rahmenschwellen das Verfahren des Sofortentschalens auch aus dem technischen
Grund gewählt, dass ein Spätentschalen mit vertretbarem Aufwand kaum möglich ist. Beim Spätentschalen wird die Spannbetonschwelle erst nach einer Aushärtezeit von ca 24 Stunden aus der Form genommen. Während dieser langen Aushärtezeit tritt jedoch bereits der Schwund des Betons in allen drei Raumrichtungen, insbesondere in Längs- richtung der Längsträger und Querschwelle ein. Damit wäre eine Form erforderlich, die einen derartigen Schwund spannungsfrei ermöglicht. Dies ist in der Praxis jedoch kaum durchführbar.
Mit dem erfmdungsgemäßen Herstellungsverfahren der Frühentschalung als neuer Teil des bekannten Spannrahmenverfahrens wird die Schwelle erst nach Erreichen einer
Betonfestigkeit von ca. 5-10 N/mm aus der Form gehoben, so dass damit nachträgliche Betonverformungen ausgeschlossen werden. Diese Betonfestigkeit ist nach ca. drei bis vier Stunden Aushärtezeit erreicht. Die in der Schalungsform vorhandenen und laufend kontrollierten Auflagerhöhen werden auf diese Weise ohne Änderung auf die Schwelle übertragen.
Da die erste Erhärtungsphase des Betons mehrere Stunden dauert, ist zwar eine erhöhte Anzahl von Formen notwendig, um das Betonieren weiterer Schwellen während der Erhärtungsphase fortsetzen zu können. Die dabei erreichte Maßgenauigkeit der Schwellen ist aber in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhafter als der damit verbundene
Anstieg der Formenkosten.
Fig. 5 zeigt zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensphasen die Betoniereinrichtung.
Zunächst werden, wie in Fig. 5a dargestellt, die Spannrahmen 9 mit den darin befestig- ten, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Spannstäben 10 von oben in die Schalungs- form 8 eingelegt, wobei die Spannstäbe 10 durch vertikale Schlitze in der Schalungsform 8 nach unten geführt werden. Die Schwellen werden danach durch das Einbringen einer geeigneten Betonmischung in die Schalungsformen 8 in Überkopflage betoniert.
Wie aus Fig. 5b hervorgeht, wird die Schwelle nach der ersten Erhärtungsphase des
Betons, d.h. nach einigen Stunden, zusammen mit dem Spannrahmen 9 nach oben „frühentschalt". Wegen der schon vorhandenen Betonfestigkeit entfällt das von der Sofortentschalung bekannte Drehen von Schwelle und Form und das Absetzen der frischen Schwellen auf spezielle Unterlagen, Paletten genannt. Die weitere Härtung des Betons erfolgt in der Weise, dass mehrere Schwellen mit ihren zugehöriger Spannrahmen 9 zu kastenartigen Stapeln gemäß Fig. 6c übereinandergelegt werden.
Nach Abschluss der Erhärtung werden die Spannstäbe 10 in einer speziellen Entspannanlage von den Spannrahmen 9 und den Schwellen gelöst; die Schwellen werden dann, wie in Fig. 5d gezeigt, nach oben ausgehoben und erst in dieser Phase in die Normallage umgedreht.

Claims

Patentansprüche
1. Einstückige Rahmenschwelle aus Spannbeton,
a) bestehend aus zwei Querschwellen und zwei unter den Schienen verlaufenden Längsträgern,
b) wobei jeder der vier Kreuzungsbereiche von Querschwellen (1) und Längs- trägem (2) wenigstens eine ebene Auflagefläche zur Auflage wenigstens eines elastischen Schienenauflagerelements (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
c) dass die Rahmenschwelle hinsichtlich der Geometrie, der Materialbeschaffenheit und der Vorspannung so dimensioniert ist, dass auf jedem Kreuzungsbereich wenigstens zwei Schienenbefestigungen, welche jeweils zwei elastische Federelemente (4) umfassen, montierbar sind.
2. Rahmenschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Auflagefläche im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung des Kreuzungsbereichs in Schienenrichtung erstreckt.
3. Rahmenschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kreu- zungsbereich eine der Anzahl der montierbaren Schienenbefestigungen entsprechende Anzahl von Auflageflächen aufweist, wobei vorzugsweise jede Position für eine Schienenbefestigung, in Schienenrichtung gesehen, im Bereich einer Auflagefläche liegt.
4. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Rahmenschwelle so ausgebildet ist, dass die Kreuzungsbereiche in zwei Achsen, nämlich sowohl in Richtung des jeweiligen Längsträgers als auch in Richtung der jeweiligen Querschwelle vorgespannt sind.
5. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte aller jeweils einer Schiene zugeordneter Auflageflächen einen maximalen Abstand von 0,5 mm von einer Bezugsebene aufweisen, welche sich dadurch ergibt, dass eine Schiene mit gedacht ideal ebener Unterseite auf die Auflageflächen aufgelegt wird, wobei die Unterseite die Bezugsebene bildet.
6. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kreuzungsbereichen jeweils eine vorzugsweise mittige Ausnehmung (6) ausgebildet ist, welche als Montageöffnung für Schienen- schweißungen dient.
7. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Achsen der Querschwellen 55 cm bis 70 cm beträgt.
Rahmenschwelleneinheit, bestehend aus einer Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einer pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenbefestigung sowie wenigstens einem pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenauflagerelement (5).
9. Gleisstruktur, bestehend aus mehreren Rahmenschwellen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und zwei darauf montierten Schienen, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Rahmenschwelle jede Schiene in jedem Kreuzungsbereich mit wenigstens einer Schienenbefestigung gehalten ist, wobei in jedem Kreuzungsbereich zwischen der Unterseite der betreffenden Schiene und der betreffenden wenigs- tens einen ebenen Auflagefläche wenigstens ein elastisches Schienenauflageele- ment vorgesehen ist.
10. Rahmenschwelleneinheit nach Anspruch 8 oder Gleisstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kreuzungsbereich entweder ein einziges
Schienenauflagerelement (5') mit einer Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm vorgesehen ist oder dass in jedem Kreuzungsbereich mehrere Schienenauflagerelemente (5) vorgesehen sind, wobei die gesamte, durch die Parallelschaltung der Federziffern der mehreren Schienenauflagerelemente (5) entstehen- de gesamte Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm liegt, wobei die mehreren Schienenauflagerelemente (5) vorzugsweise gleich große Federziffern aufweisen.
11. Rahmenschwelleneinheit nach Anspruch 8 oder 10 oder Gleisstruktur nach An- Spruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schienenauflagerelement eine Federziffer im Bereich von 50 bis 80 KN/mm aufweist.
12. Gleisstruktur nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abschnitten der Gleisstruktur, die hohen Belastungen ausgesetzt ist, insbesondere in Abschnitten, die eine große Steigung und/oder enge Kurvenradien aufweisen und/oder die großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Rahmenschwellen mit wenigstens zwei Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich vorgesehen sind und dass in Abschnitten der Gleisstruktur, die niedrigen Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere in Abschnitten, die eine geringe oder keine Steigung und/oder große oder keine Kurvenradien aufweisen und/oder die kleinen oder
Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Rahmenschwellen mit nur einer einzigen Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich vorgesehen sind.
13. Verfahren zur Herstellung einer Rahmenschwelle, insbesondere einer Rahmen- schwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Betonieren der Rahmenschwelle in Überkopflage in einer Schalungsform (8), in welche zur Erzeugung einer Vorspannung mit direktem Verbund in Spannrahmen (9) unter Spannung gehaltene Spannstäbe (10) eingebracht werden;
b) Erhärten der betonierten Schwelle in der Schalungsform (8), bis eine erste Erhärtungsstufe des Betons erreicht wird, die Verformungen des Betonkörpers ausschließt;
c) Entschalen der Schwelle in Überkopflage durch Ziehen der Schwelle und des Spannrahmens nach oben;
d) Lagern der entschalten Schwelle im Spannrahmen (9) bis zur endgültigen Erhärtung des Betons;
e) Übertragung der Spannkräfte auf die erhärtete Schwelle in Überkopflage;
f) Drehen der Schwelle die in die Normallage nach deren Trennung vom Spannrahmen (9).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer zweiachsigen Bewehrung in Querschwellen und Längsträgem Spannstäbe (10) in der Schalungsform (8) zumindest in entsprechenden Bereichen der Scha- lungsform in Quer- und Längsrichtung eingesetzt und im Spannrahmen (9) fixiert werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entschalen der Schwelle zur weiteren Härtung des Betons mehrere Schwellen mit ihren zugehöriger Spannrahmen (9) zu kastenartigen Stapeln übereinander gelegt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erhärtungsstufe des Betons erreicht ist, wenn die Schwelle eine Betonfestigkeit von ca. 5 bis 10 N/mm2 aufweist.
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