Maschine zum Gleisstopfen und Schwellenfachverdichten Für den Oberbau von Eisenbahnen wird ein elasti sches Gleis mit hohen Schubwiderständen der Schwel len gegen Längs- und Querverschiebung gefordert.
Elastisch ist ein Gleis nur dann, wenn es bei Be fahren mit schweren Lasten wohl federnd nachgibt, aber stets wieder in seine ursprüngliche Lage zurück- kehrt. Dies ist aber nur dann möglich, wenn der Gleisschotter mindestens mit derselben oder einer grösseren spezifischen Flächenpressung und in der gleichen Richtung verdichtet wird, wie sie sonst durch das Befahren mit den schwersten Lokomotiven nach einiger Zeit eintritt.
Diese Forderung wurde bis jetzt weder durch das Stopfen von Hand noch mit den bestehenden Gleisstopfmaschinen erreicht. Es ist daher bisher üblich, frisch mit Schotter verfüllte Gleise beispielsweise nach jeder Schotteneinigung um 2 cm höher zu verlegen und zu unterstopfen. Durch das Befahren mit Zügen setzt sich das Gleis erfahrungsgemäss um diese zusätzlichen 2 cm so, dass die gewünschte Gleislage erreicht wird.
Dieses un elastische Nachgeben des Gleises, das innerhalb einiger Tage stets eintritt, ist der Beweis, dass die Verdichtung des Gleisschotters nicht den erwähnten Forderungen entspricht. Die volle Verdichtung (etwa 80 6) wird erst durch den Zugsverkehr erreicht, wo bei das Gleis nun elastische Eigenschaften zu er reichen beginnt. Infolge der ungleichen dynamischen Beanspruchungen (Fahrzeugschwingungen, freie Flieh kräfte der Lokräder, sowie Schlag- und Stossbeanspru chungen durch Räder mit Flachstellen usw.)
treten selbst bei vollkommen gleichmässig unterstopften Schwellen stets ungleichmässige Gleiseinsenkungen auf, so dass neuerliche Stopfarbeiten in der Regel schon nach sechs Wochen erforderlich werden. Durch das neuerliche Heben und Nachstopfen wird das bereits vorhandene elastische Schwellenauflager neuerlich zerstört und die endgültige Verdichtung wieder dem Betrieb überlassen. Dieses doppelte Verdichten, nämlich 20-30 ,6 von Hand oder durch die Maschine und die restlichen 80-70% durch den Zugsverkehr, ist die Ursache des ständig sich wieder holenden Gleishebens und Unterstopfens.
Zudem erfolgt bei der manuellen oder maschinellen Gleis unterstopfung die Verdichtung des Gleisschotters durch vorwiegend waagrecht gerichtete, praktisch gleich grosse Kräfte, während die darauffolgende weitere Verdichtung durch den Betrieb ausschliesslich lotrecht gerichtet ist.
Bei den bisherigen Gleisstopfmaschinen war man bestrebt, die manuelle Arbeit maschinell nachzu ahmen. Infolge der vorwiegend waagrecht gerich teten Schläge mit dem Krampen entsteht eine auf wärtsgerichtete Komponente, die die Schwelle hoch zuheben beginnt. Es ist bekannt, dass es schon einem Mann möglich ist, jede Schwelle so zu unterkrampen, dass sie hochzusteigen beginnt.
Selbst eine gleich zeitige Bearbeitung eines Schwellenauflagers durch vier Mann im Kreuz- oder Gegenschlag bringt keine nennenswerte Steigerung der Verdichtung. Schon bei 0,1 kg!cm2 Aufkomponente beginnt das Gleis hochzusteigen.
Wenn man nun bedenkt, dass die Schwelle mit der 60fachen Flächenpressung infolge der Verkehrslast als Schwellenbeanspruchung auf den Schotter drückt bzw. schlägt, so ist leicht einzusehen, dass mit vorwiegend waagrecht wirkenden Gleisstopf- werkzeugen oder Gleisstopfmaschinen stets nur eine unzureichende Verdichtung zu- erzielen ist.
Bei den bekannten Kraftgleisstopfern handelt es sich um relativ kleine Gleisstopfgeräte, die vom Be dienungsmann leicht in das Gleis eingehoben werden können bzw. von Schwelle zu Schwelle weitergehoben werden müssen. Der Antrieb dieser Schlag- und Stoss- gräte erfolgt entweder durch Druckluft oder elek trisch.
Entsprechend dem jeweiligen Stopfzustand der Schwelle müssen diese Geräte vom Bedienungsmann verschieden geneigt werden, was nicht ohne Kraft anstrengung in ungünstiger Körperhaltung vor sich gehen kann. Ähnlich wie beim Kreuz- oder Gegen schlagen mit dem Krampen werden zwei oder vier solcher Geräte zum Verdichten eines Schwellenauf lagers verwendet. Weil diese Geräte von einem Mann gehoben werden müssen, darf ihr Gewicht nur gering sein (etwa 40 kg). Ihre Antriebsleistung und damit auch die Schlagenergie kann daher nur minimal sein. Trotzdem kann man mit diesen Geräten das Gleis zum Hochsteigen bringen.
Es sind auch Gleisstopfmaschinen bekannt, bei denen mehrere solcher Schlag- oder Stossgeräte auf einem Schienenfahrzeug so montiert sind, dass eine ganze Schwelle von einem Bedienungsmann unter stopft werden kann. Bei der am meisten verwendeten bekannten Gleisstopfmaschine werden einzelne Pik- kelpaare über Exzenter in waagrechte Schwingungen versetzt.
Die links und rechts der Schwelle eingrei fenden Pickel mit ihren Pressflächen werden me- chanisch oder hydraulisch zusammengepresst, so dass auf den dazwischenliegenden Schotter neben der Vibration auch ein statischer Druck ausgeübt wird. Die vier bis acht Pickelpaare werden von einem ge meinsamen Motor angetrieben. Ausser der falschen waagrechten Verdichtungsrichtung besitzt diese Ma schine eine Reihe weiterer Nachteile.
Die Amplitude der schwingenden Pickel mit ihrem Zwangsantrieb (Exzenter) ist stets gleich gross, gleichgültig, ob sich Schotter oder Luft zwischen den Pickeln be findet: Infolge des Zwangsantriebes ist der erreichte Verdichtungsgrad verschieden gross. Bei etwas länger dauerndem Verdichtungsvorgang wird die bereits eingetretene Verdichtung wieder zerstört. Bei dieser Maschine besteht auch keine physikalische Beziehung zwischen Schwingungsamplitude und Verdichtungs grad, so dass sie schon deshalb zur Erreichung hoher Verdichtungsgrade ungeeignet ist.
Ziel der Erfindung ist eine Maschine zum Gleis stopfen bzw. Schwellenfachverdichten, die den ge stellten Forderungen 'entspricht.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein Schwinger mit einer oder mehreren rotierenden Un- wuchten über sein Gehäuse mit einem Stopfwerk zeug starr verbunden ist, unter der Vorspannung einer äusseren, lotrecht gerichteten Federkraft steht und so geführt ist,
dass das Gehäuse samt Stopfwerkzeug nur wenigstens annähernd lotrechte -Schwingungen ausführt. Die Erfindung ermöglicht somit die Bil dung einer aus.Schwinger und Stopfwerkzeug beste henden Verdichtereinheit, mit der - besonders hohe Verdichtungsgrade erzielt werden können, ohne dass die Schwelle samt Schiene hochsteigt, weil die Ver dichtung vorwiegend nach unten erfolgt.
Neben dem statischen Druck und den intensiven lotrechten Schwingungen ist es vor allem die Vorspannkraft des Energiespeichers, etwa einer Feder bzw. eines Gummipuffers oder eines pneumatisch betätigten Kolbens, durch die es zu besonders energiereichen Vibrationsschlägen kommen' kann. Während eine solche Verdichtereinheit ohne lotrechte Krafteinwir kung durch einen Energiespeicher nur harmonische Schwingungen, also die gleichen wie der Schotter, ausführt, sind die Schwingungen bei äusserer Einwir kung verzerrt.
Bei der Aufwärtsbewegung und bei der Abwärtsbewegung des Schwingers samt Stopf werkzeug sind dabei zwei verschieden grosse Be- schleunigungskräfte wirksam, was sich auch in der Schwingungsform auswirken muss. Bei der Ab wärtsbewegung des Stopfwerkzeuges kommt es in folge der wesentlich grösseren Beschleunigungskraft (Fliehkraft + Federvorspannkraft) zu einer Vor- eilung des Werkzeuges gegenüber der harmonischen Schwingung des Bodens, so dass das Stopfwerkzeug mit der Frequenz der Schwingung harte, energiereiche Schläge auf den Schotter ausübt.
Durch Steigerung der äusseren Federkraft kann die Energieabgabe pro Schlag wesentlich gesteigert werden.
Wohl sind zur- Verdichtung des - Strassenschot ters Bodenverdichter bekannt, bei denen eine relativ grosse Verdichterplatte durch einen Unwuchterreger in Schwingungen versetzt wird. Der Antriebsmotor ruht hiebei über Federn auf der Stampfplatte mit Schwinger auf. Durch das Gewicht der Motorplatte samt Motor ist eine gewisse Vorspannkraft durch die Federn gegeben, so dass energiereichere Schwing schläge entstehen.
Dieses System ist aber erst bei einer bestimmten Drehzahl des Schwingers brauch bar, da im Bereich der Eigenfrequenz die abgefederte Masse zu gefährlichen Resonanzschwingungen an geregt wird. Es muss daher die Betriebsfrequenz min destens viermal so gross wie die Eigenfrequenz der abgefederten Masse sein, damit die bei der Betriebs frequenz auftretenden erzwungenen . Schwingungen auf ein erhebliches Mass herabgesetzt werden.
Ein Gerät dieser Art wäre aber für den schweren Eisen bahnbetrieb unzureichend, denn erstens werden diese Geräte durch die Schwingung selbst fortbewegt, wo durch der Schwingung aber Energie für den Schlag entzogen wird; zweitens darf die Schwingbewegung nicht lotrecht, sondern nur in einem bestimmten Winkel zur Lotrechten erfolgen, so dass die lotrechte Komponente des Schlages entsprechend energie ärmer wird;
drittens neigen erfindungsgemäss die Ver- dichterplatten samt Schwinger sämtlicher Bodenver dichter zu Pendel- oder Nickschwingungen, durch deren Auftreten eine mangelhafte Verdichtung eintritt und anderseits auch die gefederte Motorplatte samt Motor selbst zu freien langsamen Schwingungen an geregt wird, welche sich den erzwungenen Schwin gungen überlagern und wieder die Qualität der Ver dichtung wesentlich beeinträchtigen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine kleine Gleisstopfmaschine in Seitenansicht und Fig. 2 in Draufsicht; Fig.3 zeigt eine Einzelheit; Fig.4 und 5 sind Ansichten eines Stopfwerkzeuges mit schräg gerichtetem Spatenblatt, und Fig. 6 zeigt eine grosse Maschine zum Gleisstopfen in Ansicht.
Nach Fig. 1 und 2 sind auf einem Rahmen 1 der Schwinger 2 mit den beiden Unwuchtern und der Antriebsmotor 3 vorgesehen. Der Rahmen 1 ist links um den Zapfen 4 auf einem kleinen Einschienen wagen 5 schwenkbar gelagert, während er rechts un mittelbar auf einem Verdichterstempel 6 aufsteht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann durch Verschwenkung um den Zapfen 4 der Stempel 6 in Stellungen beidseitig der Schienen gebracht werden. Es können natürlich auch zwei oder mehrere Stem pel, z.
B. beidseitig der Schienen, angeordnet sein bzw. kann der Stempel auch gabelförmig ausgebildet sein, damit die Schwelle rechts und links gleichzeitig verdichtet werden kann.
Das Gehäuse des Schwingers, der Rahmen und der Verdichterstempel sind starr miteinander verbun den, so dass grosse Schlagkräfte (1500-3000 kg bei 0-50 Hertz regelbar) erzeugt werden können, die vom Schwinger über den Stempel 6 direkt in das Schotterbett geleitet werden. Die Schwingungsampli-. tuden selbst sind bedingt durch den konstruktiven Aufbau und auf der rechten Seite des Rahmens am grössten und links beim Drehzapfen 4 theoretisch null. Der über dem Drehzapfen gelagerte Motor 3 ist daher weitestgehend von Schwingungen verschont.
Zufolge der verhältnismässig grossen Länge des- als Lenker wirkenden Rahmens 1 führt der Schwinger samt Stopfstempel Schwingungen entlang eines grossen Kreisbogens, die im wesentlichen lotrecht verlaufen, aus.
Im schwingungsfreien Bereich des Rahmens 1 bzw. am abgestützten Rahmenende ist ausserdem die gabelförmig ausgebildete Haltestange 7 an den Zap fen 7' angelenkt. Sie dient zum Vor- und Rückwärts bewegen der Maschine nach Art eines Schubkarrens sowie zum Anheben und links- und rechtsseitigen Ausschwenken des Schwingers um den Zapfen 4. Durch die Hebelwirkung ist zum Anheben der Ma schine mittels der Haltestange eine Kraft von bloss 20-25 kg erforderlich.
Ferner wird mit der Stange 7 auch die Pressung erzielt. Die Stange 7 ist mit dem Rahmen 1 über zwei Federn 9, die rechts und links am Rahmen 1 sitzen, verbunden. Die Federn stützen sich mit einem Ende 9' am Rahmen 1 und mit ihrem anderen Ende 9" an der Mutter 10 eines an der Stange 7 ver ankerten Bolzens 11 ab. Die Abstützung der Feder an der Mutter 10 ist somit schwingungsfest.
Da die Mutter 10 aber über den Bolzen bei Verschwenkung der Stange 7 höhenverstellbar ist, wird dadurch auch eine Höhenverstellung der Abstützung und damit eine Änderung der Vorspannung der Federn 9 ermög licht. Durch Niederdrücken des Hebels 7 wird die Druckkraft auf den Stempel 6 übertragen und ent sprechend der Hebelwirkung um ein Mehrfaches des ursprünglichen Druckes gesteigert, wobei die Federn in der eingangs geschilderten Weise zur Wirkung kommen. Die Grösse der Vorspannung der Federn 9 ist somit durch die auf den Hebel 7 ausgeübte Druckkraft regelbar.
Der Rahmen 1 ist durch die am Wagen 5 befestigte Schienenklemme. 8 an der Schiene 14 abgestützt, so dass der Schwinger nicht aufkippen kann. Es kann aber auch das Motor gewicht ausreichend gross sein, so dass der Wagen nicht abgehoben wird, in welchem Falle die Klemme 8 entbehrlich ist.
Die Federn 9 sind so dimensioniert, dass die Griffe der Haltestange 7 beim Verdichten schwin gungsfrei sind. Das Niederdrücken der Stange 7 kann auch mittels einer nicht dargestellten Fussraste, die an der Stange befestigt ist, erfolgen oder auch dadurch, dass sich der Bedienungsmann auf die Stange setzt. Die Stange 7 wird auch zum Aus- und Einschalten des Schwingers benützt. Zu diesem Zwecke kann ein Schalter für den Antriebsmotor an der Stange vorgesehen sein bzw. kann der Antrieb des Schwin gers 2 durch die Schwenkbewegung der Haltestange 7 schaltbar sein.
Bei dem dargestellten Ausführungs beispiel ist mit der Haltestange 7 eine Spannrolle 24 verbunden, die zum Ein- und Ausschalten des Rie mentriebes 25 dient. Im Ruhezustand oder beim Fahren oder Schwenken sind die Keilriemen so locker, dass sie keine Kraft übertragen und der Schwinger 2 stillsteht. Beim Niederdrücken des Hebels 7, also in Arbeitsstellung, wird der Keilriemen gespannt und somit der Schwinger in Betrieb gesetzt. Die Spannrolle 24 kann entlang des Hebels 7 verschieb bar und somit einstellbar sein.
Der Schwinger 2 weist zwei gegenläufig rotie rende Unwuchten auf, die mit verschiedenen Dreh zahlen antreibbar sein können, wobei die Drehzahl regelbar ist. Es kann auch eine selbsttätige Regelung zur Änderung der Drehzahl in periodisch sich wie derholenden Rhythmen vorgesehen sein.
Der in Fig. 1 dargestellte Stempel ist ein lot rechter, verdichtend wirkender Flachstempel mit einer Prellfläche rechteckiger Form. Die Prellfläche kann auch eine andere, z. B. bvale, Form aufweisen. Das Stopfwerkzeug ist zweckmässig lösbar befestigt.
Für die Verdichtung unter den Schwellen und das Unter stopfen bei grobem Schotter eignet sich ein spatenför- miger Stempel, wie er in Fig. 4, 5 dargestellt ist. Die Spatenplatte 13 liegt schräg zum Stempelschaft 6' bzw. zur lotrechten Schwingungslinie und ihr Schwerpunkt exzentrisch. Durch diese exzentrisch liegende Masse entsteht neben der lotrechten Haupt schwingung eine Nebenschwingung des Spatens senkrecht zur Hauptschwingung.
Diese Neben schwingung fördert die Verdichtung unter der Schwelle und das Unterstopfen des Schotters. We sentlich sind auch die rückwärtigen, schrägen Ver kleidungsplatten 15, wodurch ein vorzeitiges Ver dichten in lotrechter Richtung vor Beendigung des Unterstopfens verhindert wird. Die Befestigung am Schwingerrohr erfolgt durch einen Zweischrauben flansch.
Diese schrägen Verkleidungsplatten er geben eine keilförmige Verbreiterung des Spaten blattes in Richtung zum Schaft, um den Widerstand gegen das Eindringen des Stempels in den Schotter zu verringern. Sie sind auch günstiger als ein mas sives, keilförmiges Spatenblatt wegen des geringen Gewichtes und damit der Vermeidung grösserer zu beschleunigender Massen.
Zweckmässig ist ferner die Stopfkante des Spa tenblattes durch eine mittlere Aussparung 16 unter brochen, um die Stempelbewegung bei unsymmetri schem Widerstand dadurch zu zentrieren und damit ein seitliches Ausweichen das Stempels zu vermei den. Steine, welche durch die dreieckförmige Aus sparung 16 erfasst werden, zentrieren immer wieder die Stempelbewegung.
Wenn der Stempel auf Blattiefe eingedrungen ist, setzt sich das Schaftende mit seiner Fläche 12 auf und wirkt mit als Stampffläche, wenn der Schotter zu locker verfüllt ist. Diese Stampffläche ist, wie die Zeichnung erkennen lässt, etwa zwei- bis dreimal so gross wie die Stopfkantenfläche des Spaten blattes.
Bei der grossen Gleisstopfmaschine gemäss Fig. 6 sind zwei Schwinger 17 auf einem Fahrgestell 18, das zweckmässig einen nicht dargestellten Motor antrieb aufweist, in lotrechten Führungen 19 gelagert, tragen die Stempel 20 und werden je mittels eines Pressluftkolbens 21 oder auch eines hydraulischen Kolbens bzw. einer mechanischen Druckeinrichtung gegen den Boden gepresst.
Die Verbindung zwischen den Kolbenstangen und Schwingern stellen Federn 22 her, die zusammen mit dem elastischen Luftpolster im Druckluftzylinder den. elastischen Energiespeicher für die Schwingungsenergie bilden. Der elastische Luftpolster kann auch wegfallen, z. B. bei der hydrau lischen oder mechanischen Druckeinrichtung. Die Regelbarkeit der Federvorspannung ist durch die Verstelhnöglichkeit der Druckeinrichtung gegeben.
Die Stempel können je beidseitig der Schiene 23 zwischen den Betonschwellen zu liegen kommen und ausserdem an den Schwellenvorköpfen vorgesehen sein. Nachdem die Stempel durch den Pressluftkolben gegen den Boden gepresst worden sind, werden sie in Schwingung versetzt,
wobei eine Verdichtung des Schotterbettes samt Untergrund mit durch die elasti sche Energiespeicherung erhöhter Wirkung erzielt wird. Durch die Einwirkung der Verdichterstempel jeweils beidseitig der Schwellen wird eine überlage- rung der Verdichtungswirkung erreicht,
die sich unter den Schwellen verdoppelt und unter den Schie nen im Schwellenmittel zufolge der gleichzeitigen Verdichtung der zweiten Schiene sogar vervierfacht, so dass verschieden grosse Verdichtungsgrade an den erwünschten Stellen erreicht werden. Die Stempel können auch einziehbar angeordnet sein. Dann kön nen die Schwinger direkt auf die Schienen aufgesetzt werden, so dass bei laufender Maschine die Schwel len auf das Schotterbett schlagen und sich sozusagen ihr Bett selbst richten.
Diese Maschine ermöglicht zusammen mit der Kleinmaschine nach Fig. 1 und 2 die maschinelle Durchführung sämtlicher im Eisen bahnbau vorkommender Stopfarbeiten, wobei die Kleinmaschine dort eingesetzt wird, wo Arbeiten mit der grösseren Gleisstopfmaschine unmöglich oder unwirtschaftlich wären, z. B. auf eingleisigen Strek- ken mit sehr dichtem Verkehr oder bei kurzen Zu pausen oder zum Stopfen von Weichen usw.