DE69711146T2

DE69711146T2 - Verfahren und vorrichtung zum montieren von eisenbahnschienen

Info

Publication number: DE69711146T2
Application number: DE69711146T
Authority: DE
Inventors: Patrick Vanhonacker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: EP0837969B1; EP0837969A1; BE1010283A5; ATE214764T1; WO1997042376A1; DE69711146D1; US6027033A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stützeinrichtungen für Eisenbahnschienen und betrifft im Einzelnen ein Verfahren der Befestigung der Schiene.
Die zur Zeit verwendeten Befestigungsvorrichtungen für Schienen umfassen mindestens eine Platte aus elastischem Material, die der Gesamtheit aus Rad/Schiene eine Elastizität verleiht, so dass eine gewisse Schwingungsisolation der dynamischen Belastungen gegenüber der Umgebung erzielt wird.
Es gibt fast immer eine elastische Etage (ziemlich steife Platte) direkt unterhalb der Schiene. Häufig ist eine zweite, weichere Platte unterhalb der metallischen Platte oder einem Querträger vorhanden. Die letztere Platte sorgt für Isolation gegenüber Schwingungen.
Die erste Resonanzfrequenz durch Biegung der Gesamtheit aus Rad/Schiene wird durch die dynamische Steifigkeit der Platten bestimmt. Diese Resonanzfrequenz ist umgekehrt proportional zu der schwingungsdämpfenden Ausführung des Befestigungssystems der Schiene: eine niedrige Resonanzfrequenz ergibt eine bessere Isolation gegenüber Schwingungen als eine höhere Resonanzfrequenz.
Mit Platten, die eine geringe dynamische Steifigkeit aufweisen, verringert man die erste Resonanzfrequenz aus Rad/Schiene, was zu einem guten Schwingungsdämpfungsfilter führt. Das beste Filter wird also mit der geringsten dynamischen Steifigkeit der Platten erzielt.
Es gibt jedoch physikalisch eine untere Grenze für die dynamische Steifigkeit der Platten bei den zur Zeit verwendeten Befestigungssystemen für Schienen. Die dynamische Steifigkeit steht in direkter Beziehung mit der statischen Steifigkeit der Platten. Die statische Steifigkeit der Platten darf nicht zu schwach sein, da sie direkt die Durchbiegung der Schienen beim Vorbeifahren der Fahrzeuge auf den Schienen beeinflussten. Diese Durchbiegung der Schienen wird generell auf ungefähr 3 mm begrenzt. Für die Mehrzahl der zur Zeit verwendeten Befestigungseinrichtungen liegt die Resonanzfrequenz zwischen 35 und 60 Hz.
Diese statische Grenze der Durchbiegung der Schiene legt eine minimale statische Steifigkeit fest und so eine minimale dynamische Steifigkeit der Platte. Dieses Phänomen begrenzt das Verhalten der Isolation gegenüber Schwingungen der zur Zeit üblichen Befestigungssysteme der Schiene.
Um zu einem besseren Schwingungsisolationsverhalten gegenüber den klassischen Befestigungssystemen zu gelangen, muss man die Funktionen der Befestigung und der Isolation vollständig voneinander trennen: diese wird in Systemen mit schwimmender Platte realisiert, bei der die Schienen auf einer Platte befestigt sind, die selbst von der Umgebung durch Schwingsungsdämpfungsklötze zwischen der Platte und dem Beton (dem Boden) isoliert werden. Für eine schwimmende Platte liegt die Resonanzfrequenz zwischen ungefähr 10 Hz und 25 Hz, was ein besseres Filter gegenüber Schwingungen darstellt. Die letzteren Systeme sind jedoch sehr teuer und schwierig zu unterhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Befestigungsvorrichtungen der Schiene ein Schwingungsdämpfungsverhalten zu verleihen, das ähnlich dem mit schwimmenden Platten erzielbar ist und das gleichzeitig eine gute Stabilität der Schiene sicherstellt.
Diese Aufgabenstellung wird gemäß Erfindung durch ein Verfahren und eine Befestigungsvorrichtung für Schienen, wie in den Ansprüchen definiert, erzielt. Man legt an die Schwingungsdämpfungsplatte eine elastische Vorspannung an, welche den Arbeitspunkt der Schwingungsdämpfungsplatte in der Weise modifiziert, dass diese immer in dem linearen Bereich der Charakteristik der Schwingungsdämpfungsplatte unter der Wirkung einer rollenden Last auf der Schiene gehalten wird. Wenn das Rad über die Schiene oberhalb einer Befestigungsvorrichtung läuft, wird die Belastung größer, die Schwingungsdämpfungsplatte verbleibt jedoch in dem linearen Bereich ihres Betriebs. Die statischen Durchbiegungen der Schiene werden auf diese Weise begrenzt, während gleichzeitig eine gewollte Isolation gegenüber Schwingungen sichergestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit für die Befestigung der Schiene eine augenscheinliche erhöhte statische Steifigkeit verbunden mit einer niedrigen dynamischen Steifigkeit dar.
In der Vorrichtung gemäß Erfindung wird die Schwingungsdämpfungsplatte unter Vorspannung mit Hilfe von Federn versetzt, so dass der Arbeitspunkt der Schwingungsdämpfungsplatte immer in dem linearen Bereich der Charakteristik der Schwingungsdämpfungsplatte bei Einwirkung der rollenden Last auf die Schiene gehalten wird.
Die Erfindung wird in ihren Details in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine typische Befestigungsvorrichtung von Schienen,
Fig. 2 eine Kurve der typischen statischen Durchbiegung einer Schwingungsdämpfungsplatte.
Mit Bezug auf Fig. 1 weist eine typische Befestigungsvorrichtung von Schienen mit zwei elastischen Ebenen folgende Komponenten auf:
1. Metallische Platte
2. Schwingungsdämpfungsplatte unterhalb der Platte (gegebenenfalls unter einem Querträger)
3. Schwingungsdämpfungsplatte unterhalb der Schiene
4. Befestigungsklemmbügel
5. Verankerungskopf
6. Feder
7. elektrische Isolation
8. Schiene
9. Beton, Holzschwelle, Eisenschwelle oder dergleichen.
Die Schwingungsdämpfungsplatten weisen eine charakteristische Kurve der statischen Durchbiegung auf, wie in Fig. 2 gezeigt. An dieser Kurve kann man drei Zonen unterscheiden:
1. eine nicht lineare Zone (A) der Einleitung der Belastung,
2. eine lineare Zone (B), in welcher das Erzeugnis arbeiten soll,
3. eine nicht benutzbare und nicht lineare Zone (C).
Es ist wichtig, ständig in der linearen Zone des Erzeugnisses zu arbeiten, weil die reelle Last quasi statisch und schnell (Passage der Räder) ist. Auf diese Weise vermeidet man, jedesmal die nicht lineare Zone der Belastungseinleitung zu durchlaufen.
Gemäß. Erfindung erteilt man bei der Befestigung der Schiene der Schwingungsdämpfungsplatte 2 eine Vorlast, so dass die Schwingungsdämpfungsplatte 2 immer in der linearen Verhaltenszone (Zone B in Fig. 1) arbeitet.
Die Bedeutung der Vorspannung (einige zehntausend N), welche an die Schwingungsdämpfungsplatte angelegt wird, wird durch zwei oder vier Federn erzeugt, die eine Vorspannung an die Schwingungsdämpfungsplatte zwischen der Platte oder dem Querträger und dem Beton anlegen. Diese Vorspannung kann auch durch die Bügelklammern erzeugt werden, im Falle dass ein Befestigungssystem mit nur einer elastischen Stufe benutzt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass es bereits Befestigungssysteme von Schienen mit zwei elastischen Stufen gibt, und zwar mit Federn, deren alleiniger Zweck jedoch darin besteht, die Unterlage oder den Querträger an seiner richtigen Stelle mechanisch zu halten und die Durchbiegung der Unterlage zu ermöglichen. Die Vorspannung auf diese Federn beträgt trotzdem nur einige tausend N.
Auf der Basis der technischen Daten der Grundplatte des Gleises und des rollenden Materials wird gemäß Erfindung die Befestigungsvorrichtung der Schiene mit Rücksicht darauf definiert, dass in erster Linie das geforderte Isolationsverhalten gegenüber Schwingungen (oder Resonanzfrequenz) Rad/Schiene eingehalten wird. Dieses Isolationsverhalten bedingt im allgemeinen eine geringe dynamische Steifigkeit.
Von dieser dynamischen Steifigkeit leitet man die erforderliche statische Steifigkeit (als Funktion des Materials der Dämpfungsplatte) ab. Mit dieser statischen Steifigkeit gelangt man im allgemeinen zu großen, nicht tolerierbaren statischen Durchbiegungen der Schiene. Man erteilt der Dämpfungsplatte eine Vorspannung, die so gewählt ist, dass die Differenz zwischen der Durchbiegung der Schiene vor der Vorspannung und nach der Vorspannung unterhalb der erlaubten Durchbiegung der Schiene (im allgemeinen 3 mm) verbleibt. Vorzugsweise wird die Dämpfungsplatte so gewählt, dass sie in der linearen Zone der Charakteristik bei der angelegten Vorspannung und der zusätzlichen Last arbeitet, die beim Vorbeifahren eines Rades hinzukommt.
Für ein Befestigungssystem der Schiene des Typs UIC60 auf Beton, einem Schwellenabstand von 60 cm, einer nicht aufgehängten Masse des Fahrzeuges von 1000 kg, einer Achslast von 180 kN und einer Resonanzfrequenz der Gesamtheit aus Rad/Schiene von 22 Hz (bei einer Isolation ähnlich der schwimmenden Platte), benötigt man eine dynamische Steifigkeit der elastischen Dämpfungsplatte in dem Befestigungssystem von ungefähr 10 kM/mm (berechnet nach der Methode der Finiten-Elemente).
Indem ein Erzeugnis mit einer statischen Steifigkeit gleich der dynamischen Steifigkeit verwendet wird, erhält man eine Durchbiegung der Schiene von 4,5 mm mit der betrachteten Achslast.
Wenn man eine Vorspannung in der Größenordnung von 30 kN an die Dämpfungsplatte anlegt, was ungefähr 3 mm Durchbiegung entspricht, liegt die Durchbiegung der Schiene bei vorbeirollendem Rad in der Größenordnung von 1,5 mm, was durchaus akzeptabel ist. Das System verbleibt trotzdem dynamisch sehr biegsam.

Claims

1. Verfahren der Montage einer Eisenbahnschiene auf einer Stützstruktur (9), wobei die Schiene (8) auf einer metallischen Unterlage (1) befestigt wird, die auf einer Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) aufruht, dadurch gekennzeichnet,

dass unter der metallischen Unterlage (1) eine Schwingungs-Dämpfungsplatte angeordnet wird, die aus einer Zusammensetzung besteht, deren statische Steifigkeit praktisch gleich der dynamischen Steifigkeit ist,

dass man die Unterlage (1) und die Schwingungs- Dämpfungsplatte (2) auf die Stützstruktur (9) mittels einstellbarer elastischer Spanneinrichtungen (5, 6) befestigt, die jeweils eine Feder umfassen, und

dass die einstellbaren Spanneinrichtungen so eingestellt werden, dass die Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) mit einer Vorspannung von ungefähr mindestens 10 kN belastet wird, wobei die Schwingungs-Dämpfungsplatte in solcher Weise unter Vorspannung versetzt wird, dass der Arbeitspunkt der Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) immer in der linearen Verhaltenszone der Schwingungs- Dämpfungsplatte unter der Wirkung einer rollenden Last auf der Schiene gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbaren elastischen Einspanneinrichtungen zur Anlage einer Vorspannungskraft von ungefähr 30 kN an die Schwingungs- Dämpfungsplatte (2) eingestellt wird.

3. Stützvorrichtung für Eisenbahnschienen umfassend:

eine metallische Unterlage (1), die auf einer Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) aufruht;

erste Befestigungsmittel (4) zur Befestigung der Schiene (8) auf der Unterlage (1) sowie zweite Befestigungsmittel (5, 6) zur Befestigung der Unterlage (1) und der Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) auf der Stützstruktur (9),

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) aus einer Zusammensetzung besteht, deren statische Steifigkeit praktisch gleich der dynamischen Steifigkeit ist, und

dass die zweiten Befestigungsmittel (5, 6) aus einstellbaren elastischen Spanneinrichtungen bestehen, die jeweils eine Feder umfassen, wobei die einstellbaren elastischen Spanneinrichtungen (5, 6) eine Vorspannung von ungefähr mindestens 10 kN auf die Schwingungs- Dämpfungsplatte (2) aufbringen, und

dass die Schwingungs-Dämpfungsplatte unter eine solche Vorspannung versetzt worden ist, dass der Arbeitspunkt der Schwingungs-Dämpfungsplatte (2) immer in der linearen Verhaltenszone der Schwingungs- Dämpfungsplatte unter der Wirkung einer rollenden Last auf der Schiene gehalten wird.

4. Stützvorrichtung für Eisenbahnschienen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwingungs- Dämpfungsplatte (3) sich zwischen der Schiene (8) und der metallischen Unterlage (1) befindet.