DE19607339A1 - Vorrichtung zur hochelastischen Befestigung von Eisenbahn-Schienen auf Standard-Betonschwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hochelastischen Befestigung von Eisenbahnschienen auf einer Schotterbettung wie auch einer festen Fahrbahn.

Als Vorrichtungen zur Befestigung von Eisenbahnschienen existieren zwei getrennte Systeme. Einmal die Befestigungen für Schwellen oder Träger auf einem Schotteruntergrund und zum anderen der Oberbau für eine feste Fahrbahn, d. h. eine Schienenbefestigung für schotterlosen Oberbau. Der Oberbau auf fester Fahrbahn gewinnt zunehmende Bedeutung mit der Erhöhung der Achslasten und der Reisegeschwindigkeiten, wobei es für den Oberbau auf fester Fahrbahn wesentlich ist, daß eine geforderte Gleiseinfederung erreicht wird.

Jedoch auch Schottergleise, die mit dem Standardoberbau ausgerüstet sind, weisen oft zu geringe Einfederungswerte der Schiene für den Einsatz im Hochgeschwindigkeitsverkehr auf den Neubaustrecken auf. Die Schotterelastizität gestattet eine Gleiseinfederung, die zu einer Schienenkopfeinsenkung von etwa 0,6 mm führt. Diese Gleiseinfederung liegt deutlich unter der heute gewünschten Schienenkopfeinsenkung von 1,5 mm.

Die im Stand der Technik verwendeten elastischen Zwischenlagen, selbst der Einsatz von sogenannten "weichen" Zwischenlagen mit statischen Federziffern von c = 50-70 kN/mm, verbessern die Gleiseinfederung nur auf eine Schienenkopfeinsenkung von etwa 1,0 mm (in Verbindung mit dem Schotterbett).

In der EP 0 295 685 ist eine Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen auf fester Fahrbahn beschrieben. Um eine gute Gleiseinfederung zu erzielen ist zwischen dem Schienenfuß und der Beton-Eisenbahnschwelle eine elastische Zwischenplatte angeordnet, die für eine ausreichende Einfederung sorgt. Über der elastischen Zwischenplatte befindet sich eine Druckverteilungsplatte, die so bemessen ist, daß sie wie auch die elastische Zwischenplatte seitlich über dem Fuß der Schiene hinausragt. Auf beiden Seiten des Schienenfußes sind Winkelführungsplatten angeordnet, die eine Auflage für Spannklemmen zur Schienenbefestigung bilden und diese mittels einer Schwellenschraube gegen den Fuß der Schiene drücken. Die Winkelführungsplatten bilden einen Schienenkanal, nehmen die Horizontalkräfte auf und leiten diese über Schrägflächen in Kontakt mit der Betonschwelle in diese ein. Die Winkelführungsplatten besitzen kammerartige Ausnehmungen, in welche die beidseits über die Breite des Schienenfußes hervorstehenden Druckverteilungsplatte und elastische Zwischenplatte hineinragen können. Die in der EP 0 295 685 beschriebenen Betonschwellen sind speziell auf die Verwendung auf einer festen Fahrbahn abgestimmt und besitzen im Befestigungsbereich eine sehr tiefe Einsparung, welche die Winkelführungsplatten vollständig aufnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von Standardelementen und unter Verwendung von Standard- Betonschwellen eine Schienenbefestigung vorzusehen, mit welcher hohe Schieneneinfederungswerte erreicht werden.

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Indem Winkelführungsplatten verwendet werden, die nahezu vollständig in die Vertiefung der Betonschwelle eingelegt werden können, kann trotz der Verwendung von Standard- Betonschwellen sowohl eine elastische Zwischenplatte, als auch eine Druckverteilungsplatte und eine Kunststoffzwischenlage zwischen Schiene und Betonschwelle angeordnet werden, wobei trotzdem die Verwendung einer Standard-Spannklemme möglich ist.

Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

Indem die Winkelführungsplatten Aufnahmeräume besitzen, die jeweils in Einbaulage zum Schienenfuß hin offen sind, kann die elastische Zwischenplatte auf beiden Seiten über die Breite des Schienenfußes hinaus hervorstehen und in die Aufnahmeräume der beidseits der Schiene angeordneten Winkelführungsplatten hineinragen.

Vorteilhafterweise besitzen sowohl die elastische Zwischenplatte als auch die Druckverteilungsplatte in Längsrichtung der Standard-Betonschwelle eine größere Erstreckung als der Schienenfuß und stehen daher auf beiden Seiten des Schienenfußes über dessen Breite hinaus und in die Aufnahmeräume der Winkelführungsplatten hinein. Hierdurch verteilt die Druckverteilungsplatte die vom Schienenfuß auf sie übertragenen Kräfte auf eine große Fläche und leitet diese gleichmäßig über die elastische Zwischenplatte in die Standard-Betonschwelle ein. Des weiteren besitzt diese Ausführungsform den Vorteil, daß bei der vormontierten Anlieferung der Befestigungsvorrichtungen auf der Schwelle die elastische Zwischenplatte wie auch die Druckverteilungsplatte unverlierbar zwischen den einen Befestigungspunkt bildenden beiden Winkelführungsplatten angeordnet sind.

Vorzugsweise werden die Befestigungsschrauben in auswechselbaren Kunststoff-Schraubdübeln verankert, die sich in den Standard-Betonschwellen befinden. Hierdurch ist es möglich, einerseits notwendige Wartungsarbeiten, die einen Austausch des Schraubdübels erfordern, schnell ausführen zu können, andererseits die Verwendung verschiedener Standard- Spannklemmen zu gestatten und die Betonschwelle den jeweiligen hierzu verwendeten Schwellenschrauben schnell und sicher anzupassen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Form der Winkelführungsplatten auf die Verwendung einer Standard- Spannklemme zur Befestigung des Schienenfußes abgestimmt, wie sie z. B. in der DE 39 18 091 beschrieben wird. Somit kann auf eine größtmögliche Anzahl von Standardelementen zurückgegriffen werden und die Umrüstung bestehender Gleisanlagen möglicherweise ohne einen Wechsel der Spannklemmen ausgeführt werden.

Vorzugsweise sind verschiedene Winkel führungsplatten verwendbar, die in Einbaulage eine unterschiedliche horizontale Erstreckung in Längsrichtung der Standard- Betonschwelle besitzen. Hierdurch wird die Lage des Schienenkanals, der zwischen zwei Winkelführungsplatten gebildet ist, veränderbar gestaltet und die Spur kann in einem vorgegebenem Rahmen eingestellt bzw. korrigiert werden.

Vorteilhafterweise sind die Rotationsachsen der Befestigungsschrauben in einem Winkel zur Vertikalen geneigt. Hierdurch wird ein Einlegen der Schiene in den Schienenkanal, der zwischen den Winkelführungsplatten gebildet ist, wesentlich erleichtert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in Fig. 1 dargestellt ist.

In Fig. 1 ist ein Halbschnitt einer symmetrisch ausgebildeten Vorrichtung 10 zur Befestigung einer Schiene 12 dargestellt. Die Schiene 12 bildet gemeinsam mit einer zweiten Schiene 12 ein Eisenbahngleis. Die Vorrichtung 10 dient dazu, den Fuß 14 der Schiene gegen einen Träger 16 zu spannen, der in seiner Längserstreckung quer zur Längsrichtung der Schiene 12 verläuft.

Der Träger 16 besteht vorzugsweise aus Beton und stellt beispielsweise eine Standard-Betonschwelle dar, wie sie von der Deutschen Bahn AG unter der Bezeichnung DB Standard- Betonschwelle B70 W60 verwendet wird. Diese Standard- Betonschwelle wird bislang im Schotteroberbau, nicht aber auf einer festen Fahrbahn verwendet.

Die Standard-Betonschwelle 16, im folgenden kurz mit Betonschwelle bezeichnet, besitzt in dem Bereich, in dem jeweils eine Schiene 12 des Schienenpaares aufgenommen wird, eine senkrecht zur Schwellenlängsachse verlaufende Vertiefung 18, die sich aus einer ebenen Auflagefläche 20 und sickenförmigen Vertiefungen 22 zusammensetzt. Die sickenförmigen Vertiefungen verlaufen in Längsrichtung der Schiene 12 und erstrecken sich über die gesamte Schwellenbreite oder einen Teil davon. Die sickenförmige Vertiefung 22 besitzt auf der der Schiene 12 abgewandten Seite eine Schrägfläche 24.

Des weiteren befindet sich in der Betonschwelle 16 für jede Befestigungsvorrichtung 10 im Bereich der ebenen Aufnahmefläche 20 ein Kunststoffdübel (nicht dargestellt), dessen Längsachse 26 in Einbaulage gegenüber der Vertikalen geneigt ist. Der Winkel zur Vertikalen beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 5°.

Seitlich des Schienenfußes 14 und sowohl auf der ebenen Aufnahmefläche 20 aufliegend wie auch in die sickenförmige Vertiefung 22 eingelegt ist jeweils eine Winkelführungsplatte 30, die mit der Winkelführungsplatte auf der anderen Seite der Schiene einen exakten Schienenkanal bildet. Zusätzlich dienen die Winkelführungsplatten dazu, Horizontalkräfte abzutragen und, eine vormontierbare Schienenbefestigung aufzunehmen.

Die Winkelführungsplatte 30 besitzt eine Führungsfläche 32 für den Schienenfuß 14, die in Montagestellung vorzugsweise einen geringen Abstand von der zugewandten Seite des Schienenfußes 14 beabstandet ist. Dadurch wird eine Schienenkopfeinsenkung möglich, wie sie in Form eines vorgegebenen Schieneneinfederungswertes gefordert wird. Die einer Spannklemme 34 zugewandte, in Montagestellung obere Seite der Winkelführungsplatte 30 ist auf die Form und Funktion der jeweils verwendeten Spannklemme 34 abgestimmt. Im vorliegenden Beispiel besitzt die Winkelführungsplatte eine Führungsrinne 36 zur Aufnahme eines hinteren Stützbogens der Spannklemme 34, eine Bohrung 38 für eine Schwellenschraube 40 und eine Führungsrinne 42 für den Innenschenkel der Spannklemme 34. Auf der in Einbaustellung der Betonschwelle 16 zugewandten Seite ist die Winkelführungsplatte 30 korrespondierend zu der Betonschwelle geformt. Die Schrägfläche 44 der Winkelführungsplatte 30 ist so geformt, daß eine möglichst vollständige Anlage an der Schrägfläche 24 der Betonschwelle erfolgt und somit auftretende Horizontalkräfte möglichst gleichmäßig in die Betonschwelle abgetragen werden können. Im Bereich der ebenen Aufnahmefläche 20 der Betonschwelle sind Anstützelemente 46 gebildet, welche die beim Anziehen der Spannklemme 34 auftretenden Vertikalkräfte auf die Betonschwelle 16 übertragen.

Die Winkelführungsplatte 30 besitzt zur Schiene 12 hin ein im Vertikalschnitt parallel zur Schienenlängsachse gesehen U-förmiges Profil, dessen Schenkel durch die Abstützelemente 46 gebildet sind. Hierdurch entsteht zwischen der ebenen Aufnahmefläche 20 der Betonschwelle und dem querverlaufenden Element des U-förmigen Profils einerseits und zwischen den beiden Abstützelementen 46 andererseits ein kammerartiger Aufnahmeraum 48, welcher der Aufnahme von nachfolgend beschriebenen Elementen dient, die zwischen der Unterseite 50 der Schiene 12 und der ebenen Aufnahmefläche 20 angeordnet sind.

An dem von der Schiene 12 weg weisenden Ende der Winkelführungsplatte 30 schließt sich an die Schrägfläche 44 eine im wesentlichen vertikal verlaufende, äußere Abschlußfläche 28 an, die über die Oberseite 29 der Betonschwelle 16 außerhalb der Vertiefung 18 hervorragt.

Um sowohl bei einer festen Fahrbahn wie auch auf einer Schotterbettung, deren Elastizität eine Schienenkopfeinsenkung von nur etwa 0,6 mm gestattet, eine geforderte Schienenkopfeinsenkung zu erreichen, wird auf die ebene Aufnahmefläche 20 der Betonschwelle und somit zwischen die Unterseite 50 der Schiene und die Betonschwelle eine elastische Zwischenplatte 52 eingelegt. Die elastische Zwischenplatte 52 besteht aus einem Elastomer und besitzt eine statische Federrate, die entsprechend den Anforderungen einstellbar ist.

Über die elastische Zwischenplatte 52 wird eine Druckverteilungsplatte 54 aufgelegt, die plan ausgebildet ist und in einfacher Weise in Walzstahl herstellbar ist. Die Druckverteilungsplatte 54 wie auch die elastische Zwischenplatte 52 besitzen eine Erstreckung in Längsrichtung der Betonschwelle, die größer als die Breite der Schiene 12 an der Unterseite 50 derselben ist. Dadurch ragen die Druckverteilungsplatte 54 wie auch die elastische Zwischenplatte 52 jeweils seitlich über den Fuß 14 der Schiene hervor.

Die elastische Zwischenplatte 52 sowie Druckverteilungsplatte 54 ragen in die kammerartigen Aufnahmeräume 48 der beidseitig der Schiene angeordneten Winkelführungsplatten 30 hinein und sind jeweils mit einem in Schwellenlängsachse orientierten Langloch versehen. Vorzugsweise liegen die elastische Zwischenplatte 52 sowie Druckverteilungsplatte 54 formschlüssig an den in Längsrichtung der Betonschwelle verlaufenden Längswänden des Aufnahmeraums 48 an. Die lichte Höhe des Aufnahmeraumes 48 ist größer bemessen als die Gesamtdicke von elastischer Zwischenplatte 52 und Druckverteilungsplatte 54, so daß ein Zusammenpressen der Endteile der Platten 52 und 54 beim Niederdrücken der Winkelführungsplatte 30 auf die Betonschwelle 16 im wesentlichen vermieden wird. Die von der Spannklemme 34 aufgebrachte Kraft wird über die Winkelführungsplatte im wesentlichen direkt auf die Betonschwelle 16 übertragen, wodurch der Schienenneigungswinkel in der geforderten Genauigkeit auch dann eingehalten wird, wenn die zwei Spannklemmen eines Befestigungspunktes eventuell ungleich vorgespannt werden.

Die hochelastische Zwischenplatte 52 erlaubt der Schiene die notwendige vertikale Einsenkung und kann so gewählt werden, daß die gewünschte Einfederung der Schiene erreicht wird. Die stählerne Druckverteilungsplatte 54 verteilt. Die Vertikalkräfte, die auf die Schiene wirken, gleichmäßig auf eine große Fläche. Somit wirkt die Druckverteilungsplatte 54 als künstliche Verbreiterung des Schienenfußes.

Zwischen Druckverteilungsplatte 54 und der Unterseite 50 der Schiene 12 ist zusätzlich eine Kunststoffzwischenlage 56 angeordnet.

Bei der Vorrichtung 10 zur Befestigung von Eisenbahnschienen auf Schotterbettung wie auch einer festen Fahrbahn können verschiedene, in der Technik bekannte Spannklemmen 34 und Schwellenschrauben 40 zur Anwendung gelangen. Im vorliegenden Beispiel ist die Schiene mit der im Schotteroberbau üblichen elastischen Spannklemme SKL 14 verspannt. Hierbei liegen die beiden freien Federarme 58 der Spannklemme 34 auf dem Schienenfuß auf. Zusätzlich ist der Schienenfuß von einer Mittelschleife überragt, die als Kippschutz wirkt. Die vertikale Verspannung der Schiene erfolgt durch Anziehen der Schwellenschraube 40, die in auswechselbaren Kunststoff- Schraubdübeln verankert ist. Nach dem Anziehen der Spannschraube 40 üben die beiden freien Federarme 58 der Spannklemme 34 eine Kraft von etwa 2 × 10 kN bei einem elastischen Federweg von ca. 13 mm auf die Schiene aus.

Die Schienenbefestigung kann vormontiert auf der Schwelle angeliefert werden. Hierzu befinden sich die Spannklemmen in einer Vormontagestellung, die für die in Fig. 1 dargestellte Spannklemme SKL 14 in der eingangs genannten DE 39 18 091 dargestellt ist. Die Schwellenschraube 40 ist nur einige Umdrehungen in den Kunststoffdübeln eingeschraubt und gestattet es, daß die Spannklemme 34 gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Montagestellung nach links verschoben vormontiert, d. h. von dem Ort der später aufgesetzten Schiene wegbewegt ist. Hierzu befindet sich die Spannklemme 34 nicht mehr in der Führungsrinne 36 der Winkelführungsplatte 30.

Über die Schwellenschraube 40 sind einerseits die Spannklemme 34 und die Winkelführungsplatte 30, andererseits aber auch die elastische Zwischenplatte 52 sowie die Druckverteilungsplatte 54 auf der Betonschwelle 16 in der Montagestellung lagefixiert. Bei der Schienenmontage muß lediglich die Kunststoffzwischenlage 56 zwischen die Unterseite 50 der Schiene 12 und die Druckverteilungsplatte 54 zwischengelegt werden, die Spannklemme 34 in Richtung des Schienenfußes verschoben werden, so daß die freien Federarme 58 auf den Schienenfuß 14 aufliegen und die Schwellenschraube 40 abschließend festgezogen werden.

Im Montagezustand bilden die beidseits der Schiene 12 angeordneten Winkelführungsplatten 30 einen Schienenkanal, und tragen die Horizontalkräfte über den Kontakt der Schrägflächen 45 sowie 24 in die Betonschwelle 16 ab. Zusätzlich wird ein Teil der auftretenden Horizontalkräfte durch die in einem Winkel zur Vertikalen geneigten Achsen 26 der Schwellenschrauben 40 in die Betonschwelle eingeleitet.

Das Befestigungssystem 10 ist so ausgelegt, daß eine Höhenregulierung bis zu 5 mm ohne Stopfarbeit möglich ist. Des weiteren kann, falls dies gewünscht wird, eine Spurregulierung von bis zu +/- 10 mm durchgeführt werden, indem speziell geformte Winkelführungsplatten 30 eingesetzt werden, deren Zusammenwirken beiderseits der Schiene 12 den Schienenkanal gezielt in Längsrichtung der Betonschwelle 16 verschieben.

Nachdem die elastische Zwischenplatte 52 die geforderte, hohe Schienenfederung in Form einer vorgegebenen Schienenkopfeinsenkung von etwa 1,5 mm gestattet, ist die beschriebene Schienenbefestigung auch für den Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen auf Neubaustrecken geeignet. Somit ist es möglich, ein bestehendes Schottergleis unter Weiterverwendung der Standard-Betonschwellen auf das erfindungsgemäße Befestigungssystem umzurüsten, wodurch dieses auch für den Einsatz im Hochgeschwindigkeitsverkehr geeignet wird.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Hohlräume der Schotterbettung mit Beton, Asphalt oder dergleichen auszugießen und somit ohne einen Wechsel des Befestigungssystems dieses auf einer festen Fahrbahn weiterzuverwenden, weil die erfindungsgemäße Schienenbefestigung auch ohne den Beitrag des Schotterunterbaus für die Gesamtelastizität die gewünschten hohen Einfederungswerte erzielt.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur hochelastischen Befestigung von Eisenbahnschienen (12) auf einer Schotterbettung wie auch einer festen Fahrbahn, umfassend:

• - eine für das Schottergleis verwendete Standard- Betonschwelle (16);
• - je Befestigungspunkt der Eisenbahnschiene (12) auf der Standard-Betonschwelle (16) zwei Winkelführungsplatten (30), die beidseitig des Schienenfußes (14) zu dessen seitlicher Führung angeordnet sind;
• - je Winkelführungsplatte (30) eine durch sie hindurchtretende Befestigungsschraube (40), die eine spannbare Klemme (34) gegen den Schienenfuß (14) preßt und den Schienenfuß (14) wie auch die Winkelführungsplatte (30) gegen die Standard- Betonschwelle (16) drückt;
• - mindestens eine zwischen dem Schienenfuß (14) und der Standard-Betonschwelle (16) angeordnete, elastische Zwischenplatte (52); wobei
• - die Winkelführungsplatten (30) an ihrem von der Schiene (12) abgewandten Ende eine erste (24) und eine zweite Fläche (28) besitzen, wobei die erste Fläche (24) in Einbaulage schräg zur Vertikalen geneigt ist und an einer entsprechend geformten Schrägfläche (44) der Standard-Betonschwelle (16) anliegt, und die zweite Fläche (28) im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist und sich über die Oberseite der Standard-Betonschwelle (16) erhebt.

2. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelführungsplatten (30) Aufnahmeräume (48) besitzen, die jeweils in Einbaulage zum Schienenfuß (14) hin offen sind.

3. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine elastische Zwischenplatte (52) in Längsrichtung der Standard-Betonschwelle (16) eine größere Erstreckung aufweist als der Schienenfuß (14) und auf beiden Seiten über dessen Breite hinaus hervorsteht und in die Aufnahmeräume (48) der Winkelführungsplatten (30) hineinragt.

4. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schienenfuß (14) und der Standard- Betonschwelle (16) eine Druckverteilungsplatte (54) angeordnet ist, wobei die Druckverteilungsplatte (54) in Längsrichtung der Standard-Betonschwelle (16) eine größere Erstreckung aufweist als der Schienenfuß (14) und auf beiden Seiten des Schienenfußes (14) über dessen Breite hinaus hervorsteht und in die Aufnahmeräume (48) der Winkelführungsplatten (30) hineinragt.

5. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung einen Schieneneinfederungswert von mindestens 1,5 mm erreicht.

6. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsschrauben (40) in auswechselbaren Kunststoff-Schraubdübeln verankert werden, die sich in den Standard-Betonschwellen (16) befinden.

7. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Winkelführungsplatten (30) auf die Verwendung einer Standard-Spannklemme (34) zur Befestigung des Schienenfußes (14) abgestimmt ist.

8. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Winkelführungsplatten (30) verwendbar sind, die in Einbaulage eine unterschiedliche horizontale Erstreckung in Längsrichtung der Standard-Betonschwelle besitzen.

9. Vorrichtung zur Befestigung von Eisenbahnschienen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen (26) die Befestigungsschrauben (40) in einem Winkel zur Vertikalen geneigt sind.