CH654362A5

CH654362A5 - Stahlschwelle fuer den eisenbahnoberbau.

Info

Publication number: CH654362A5
Application number: CH248/82A
Authority: CH
Inventors: Werner Hundt; Heinz Balensiefen
Original assignee: Kloeckner Werke Ag
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1986-02-14
Also published as: FR2500500A1; IT8219595A0; DE3106262C1; ATA544881A; AT374519B; FR2500500B1; IT1149746B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahlschwelle für den Eisenbahnoberbau, bestehend aus einem Schwellendeck mit, einer Rille zur Aufnahme des Kopfes der Schrauben für die Befestigung der Schienen und an das Schwellendeck beidseitig sich anschliessenden abgewinkelten Seitenflanken.

Als Materialien für Schwellen sind Holz, Stahl, Beton und Kunststoff bekannt.

Da jedoch nur sehr wenig tropische Hartholzarten ohne Imprägnierung eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten erreichen, ist man dazu übergegangen, für mehrere auch in nördlichen Breiten vorkommende Holzarten Konservierungsmethoden zu entwickeln, um die Kosten für die Unterschwellung in tragbaren Grenzen zu halten. Die teerölgetränkte Hartholzschwelle z.B. aus Buche oder Eiche ist den auftretenden Beanspruchungen dann über Jahrzehnte hinweg ebenfalls gewachsen.

Als Alternative zur Holzschwelle wurde bereits vor mehr als 100 Jahren die Stahlschwelle entwickelt, die jedoch in den letzten vier Jahrzehnten nicht weiterentwickelt wurde,

obwohl sie eindeutig positive Eigenschaften aufweist. So sind s Stahlschwellen, die die endlose Verschweissung des Gleises ebenso zulassen wie die anderen Schwellenarten, in grossen Mengen kurzfristig in gleichbleibender Qualität herzustellen, raumsparend ohne Zwischenlagerung vom Herstellerwerk oder vom Importhafen zur Baustelle zu transportieren, io unempfindlich sowohl in der Handhabung als auch gegen Insektenfrass, präzise in der Spurhaltung und bei vergleichsweise geringem Schotterbedarf, nach sorgfältiger Verlegung problemlos mit modernen Oberbaumaschinen in Richtung und Höhe zu halten. Die stets kraftschlüssig sitzende ls federnde Schienenbefestigung benötigt nur geringe Unterhaltung, und die früher gefürchtete Lärmentwicklung infolge locker gewordener Schienenbefestigung entfällt. Stahlschwellen sind vor allem auch in Gebieten mit weniger aggressiven Luftverhältnissen, die weder über geeignete 20 Hartholzvorkommen zur Schwellengewinnung noch über die notwendigen Voraussetzungen zur Herstellung höchstwertigen Betons verfügen, geeignet. Auch die früher gegen Stahlschwellen geäusserten signaltechnischen Vorbehalte sind heute gegenstandslos.

2s Bei den bekannten Stahlschwellen hat sich von den verschiedenen Formen jedoch nur die trogartige Stahlschwelle bewährt, bei der die Enden kappenförmig nach unten abgebogen sind. Dadurch kann die Schwelle längs und quer zum Gleis auftretende Kräfte besonders gut auf die Bettung über-30 tragen. Deshalb sind Stahlschwellen für krümmungsreiche Strecken sogar besonders gut geeignet. Durch Walzen und Pressen kann man den Stahlschwellen jede beliebige Form und Länge geben, z.B. bei Weichenschwellen, und beschädigte Schwellen kann man nach Heraustrennen der schad-35 haften Teile durch Stumpfschweissen sogar leicht wieder aufarbeiten. Stahlschwellen sind gegen Feuer nicht empfindlich, und ihre Lebensdauer beträgt etwa 40 Jahre.

Die Gründe für das heute nahezu vollständige Verschwinden der Stahlschwellen vom Markt sind also nicht im 40 technischen, sondern im finanziellen Bereich zu suchen.

Als im 2. Weltkrieg weder Stahl noch Holz in ausreichendem Umfang für die Schwellenherstellung zur Verfügung stand, begann die Entwicklung der Betonschwelle. Nach anfänglichen Misserfolgen hat sich dann nach dem 45 Krieg unter dem Einfluss der Vorspanntechnik in Deutschland und zahlreichen anderen Ländern mit grossen Streckennetzen die vorgespannte Monoblockschwelle durchgesetzt.

Während Holz, Stahl und Beton seit Jahrzehnten mit gutem Erfolg zu Schwellen verarbeitet werden, haben sich so Kunststoffe bisher weder technisch noch preislich als Schwellenmaterial durchzusetzen vermocht, und angesichts der immer weiter steigenden Preise für alle Produkte, die aus Erdöl hergestellt werden, muss heute davon ausgegangen werden, dass der Kunststoff sich als Schwellenmaterial auch 55 in absehbarer Zukunft preislich nicht wird durchsetzen können.

Die genormte Stahlschwelle mit dem trogartigen Querschnitt und den nach unten kappenartig abgebogenen Enden besteht aus dem Schwellendeck mit beidseitig abgewinkelten 60 Seitenflanken. Während die obere Hälfte der abgewinkelten Seitenflanken der genormten Stahlschwellen gegenüber dem Schwellendeck um einen Winkel von etwa 45° abgebogen ist, weist der untere Teil der Seitenflanken gegenüber dem oberen Teil eine weitere Abknickung von etwa 30° auf, so 65 dass also innerhalb der Seitenflanken noch jeweils eine Abknickung vorhanden ist. Die Wandstärke der genormten Stahlschwellen ist über die ganze Querschnittsform im wesentlichen konstant.

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Diese bekannte genormte Stahlschwelle hat jedoch insbesondere den Nachteil, dass sie wegen der hohen Trogform relativ schwer zu unterstopfen ist.

Aus der DE-PS 438 469 ist eine weitere Stahlschwelle für den Eisenbahnoberbau bekannt. Diese Schwelle weist an allen Stellen ihres Querschnitts eine gleichmässige Wandstärke auf und ist in ihrem Deck mit einer nach oben offenen Rille versehen. Auf dem Deck werden Unterlagsplatten mit Nieten oder Schrauben befestigt. Der in der Rille der Schwelle befindliche Kopf der Schienenbefestigungsschrauben stützt sich unter der Unterlagsplatte ab, und die Schraubenschäfte greifen durch die Unterlagsplatte hindurch. Wegen der erforderlichen Unterlagsplatten ist diese Schwellenkonstruktion jedoch viel zu aufwendig und daher viel zu teuer.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Weiterentwicklung der Stahlschwellen durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stahlschwelle zu entwickeln, bei der die Schienen direkt auf der Schwelle befestigt und die bisher verwendeten Schienenbefestigungsmittel beibehalten werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass keine Rippen- bzw. Unterlagsplatten für die Schienenbefestigung mehr erforderlich sind und die bekannten Schienenbefestigungen beibehalten werden können. Sie weist auch eine wesentlich niedrigere Bauhöhe auf als die bekannten Stahlschwellen, gestattet aber trotzdem die Möglichkeit der bisherigen Einschotterung. Sie kann auch auf anderen Unterlagen verlegt werden. Zur besseren Schalldämmung kann die Schwelle auch in eine Spezialfüllung eingebettet werden. Aufgrund der besonderen Formgebung werden nicht nur die erforderlichen statischen Werte erreicht, sondern die Schallwerte sind sogar noch besser, weil die Schallemission durch die Art der Masseverteilung gedämpft wird. Die Isolierung von Schiene und Schwelle für die Signaltechnik kann mit nur geringen Mitteln erreicht werden.

Während die bekannten Holz- und Betonschwellen bzw. Stahlschwellen eine Höhe von 160 bis 100 mm haben, beträgt die Höhe dieser Schwelle nur 60 mm. Während eine Betonschwelle 286 kg wiegt, entspricht das Gewicht dieser Stahlschwelle mit 96 kg etwa dem der Holzschwelle mit 100 kg. Die niedrige Gesamthöhe dieser Stahlschwelle bringt ganz wesentliche Vorteile beim Einsatz im U-Bahn- und Tunnelbau. Durch die grösseren Einbauhöhen der jetzigen Schwellen ist einerseits beim Durchbruch der Tunnelröhren ein grösserer Aufwand an Erdbewegung, andererseits beim Einbringen der Betonkonstruktion ein Wesentliches mehr an Betonmassen erforderlich. Die geringe Schwellenhöhe ermöglicht auch den nachträglichen Einbau von Einrichtungen für die Elektrifizierung. Die Verwendung der Niedrigschwelle in diesem Anwendungsbereich ermöglicht auch die Verlegung auf betonierter Trassenführung oder sonstiger Unterlage, um die Schallemission weiter zu verbessern.

Aufgrund der geometrischen Form ist die Stapelbarkeit auch in gekröpfter Form im besonderen Masse gewährleistet, so dass der Raumbedarf gegenüber den vorhandenen Schwellenformen günstiger ist. So wird beispielsweise von nur vier Stück Niedrigschwellen, nicht abgewinkelt, ein Raum von einer Betonschwelle benötigt. Neben der besseren Stapelbarkeit, verbunden mit geringerem Platzbedarf, macht es das relativ geringe Metergewicht möglich, die Gleis-Bauzüge mit grösseren Schwellenstückzahlen zu belegen, so dass die wirtschaftliche Komponente wesentlich beeinflusst wird. Wegen der geringeren Höhe kann die Schwelle auch zeitsparender,

zuverlässiger und durch geeignete Vibrationsverfahren auch kostengünstiger verlegt werden als andere Stahlschwellen.

Zur Erreichung des erforderlichen Widerstandsmomentes ist die Schwellenauflage so ausgelegt, dass eine günstige s Druckverteilung an den Gleisunterbau weitergegeben wird. Zum Widerstandsmoment tragen auch insbesondere die in das Schwellendeck eingewalzten Rippen bei. Einen weiteren Betrag bringen die beidseits breiten und starken Schwellen-füsse. Die Druckverteilung wird unterstützt durch die gün-lo stige Innenform der Schwelle, welche wegen der geringen Höhe gut eingeschottert werden kann. Aufgrund des Befestigungsverfahrens mittels Hakenschraube ist es notwendig,

eine Durchgangsöffnung in das Schwellendeck einzubringen, was eine geringe Reduzierung der statischen Werte zur Folge 15 hat. Diese ist jedoch in der Auslegung des Profils berücksichtigt und wird auch deshalb ausgeglichen, weil die Schienen-Führungsplatte als Passstück die Öffnung überdeckt und durch die Anzugskraft der Hakenschraube teilweise ausgeglichen wird.

20 Da die Schwellenbreite die gleichen Masse aufweist wie die Schwellen, welche derzeit verlegt werden, ist auch keine Änderung der zur Zeit im Einsatz befindlichen Schwellen-Verlegeaggregate erforderlich.

Bei der Konzeption der Niedrigschwelle stand die Überle-25 gung im Vordergrund, die bisher verwendeten Befestigungselemente weiter zu verwenden, aber die aufgeschweisste Rippenplatte zu ersetzen, indem die Halterung der Spannschrauben unter das Schwellendeck verlegt wurde. Die Kopfform der Hakenschrauben führte zu der Profilform des 30 warmgewalzten Spezialprofils, indem in der Mitte des Profils die Anzugsfläche der Schrauben eingewalzt wird, so dass der Schraubenkopf in seiner gesamten Anlagefläche formschlüssig anliegt. Die Position der Schraube wird erreicht, indem der Schraubenkopf durch die eingebrachte Öffnung 35 eingeführt wird, deren Abmessung der Grösse des Schraubenkopfes entspricht, und dann um 90° gedreht wird.

Es wird damit gewährleistet, dass die Verschraubung der Schiene sowohl mit den bewährten Klemmplatten als auch mit den Spannklemmen befestigt werden kann. Die Weiter-40 leitung der Querkräfte an die Niedrigschwelle wird von einem Formstück als Gesenkschmiedeteil weitergeleitet, so dass eine Kraft-Formschlussverbindung entsteht. Einbezogen in diese Konstruktion ist die Isolierung der Schiene von Schwelle und Befestigungselementen durch geeignete, 45 der Lage der Schiene und der Klemmteile entsprechende Kunststoff-Formteile.

Zur Isolierung der Schiene zur Schwelle ist ein Kunststoff-Formstück vorgesehen, welches auf dem Deck der Schwelle arretiert wird und im Boden die vorgeschriebene Neigung der so Schiene von 1:40 profiliert hat. Die Isolierung von Spannklemmen oder Klemmplatten erfolgt ebenfalls durch profilierte Kunststoff-Formstücke.

Bei den zuvor genannten Befestigungsteilen handelt es sich um bereits bewährte Spannelemente mit zweckentspre-55 chenden Isolierungskörpern, welche so angeordnet sind, dass sich dieselben bei der Montage nur unter extremen Bedingungen lösen können.

Wenn die Befestigungselemente beschädigt sind, können diese im verlegten Zustand ausgetauscht werden. Falls es 60 gewünscht wird, besteht auch die Möglichkeit, auf dem Schwellendeck die bekannten Rippenplatten aufzu-schweissen und die bisher bekannten Schienenbefestigungen zu verwenden.

Die Verlegung der Niedrigschwelle erfolgt in der bisher 65 ausgeübten Weise durch die Gleisbauzüge. Aufgrund der geometrischen Form der Schwelle lassen sich unter Beibehaltung der bisherigen Art der Stapelung bei gleichem Raumbedarfin Paketgrössen von etwa 1.500 x 1.500 mm nicht nur

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8 x 4 = 32 Stück x 69,9 kg = 2.237 kg wie bei der Sw 79/60, sondern jetzt bei der Niedrigschwelle 20 x 40 = 80 Stück x 96 kg = 7.680 kg transportieren. Der bisher gewohnte Transport der einzelnen Schwelle nach dem Abheben aus dem Profilbund zum Transportband der Verlegeeinheit geschieht in gewohnter Weise. Nachdem die Schwellen auf dem vorbereiteten Schotterbett abgelegt wurden, können sie nach Abschluss der Schienenbefestigung wie bisher gestopft werden.

Die Schwellen können sowohl im Schotterbett als auch auf anderen Unterlagen verlegt werden.

Die Erfindung ist anhand einiger Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind, im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Endes einer Schwelle, wobei die Köpfung weggelassen ist,

Fig. 2 eine Schnitt-/Ansichtsdarstellung einer Schienenbefestigung mit Klemmplatten, wobei die Schnitt-/Ansichtsebene in Längsrichtung der Schwelle verläuft,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Darstellung gemäss Fig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Darstellung gemäss Fig. 2, Fig. 5 eine Schnitt-/Ansichtsdarstellung einer Schienenbefestigung, bei der die Schienen auf einer Isolierplatte liegen und wobei die Schnitt-/Ansichtsebene in Schwellenlängsrichtung verläuft,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Darstellung in Fig. 5, Fig. 7 eine Draufsicht auf die Darstellung in Fig. 5, Fig. 8 eine Schnitt-/Ansichtsdarstellung einer Schienenbefestigung mit elastischen Spannbügeln,

Fig. 9 eine Seitenansicht der Darstellung in-Fig. 8, Fig. 10 eine Draufsicht auf die Darstellung in Fig. 8, Fig. 11 eine Ansicht einer auf die Schwelle aufgeschweiss-ten keilförmig ausgebildeten Rippenplatte,

Fig. 12 eine Seitenansicht der Darstellung gemäss Fig. 11, Fig. 13 eine Draufsicht auf die Darstellung gemäss Fig. 11.

Gemäss Fig. 1 besteht die Stahlschwelle 1 aus einem Schwellendeck 2, den beidseitig an das Schwellendeck anschliessenden abgewinkelten Seitenflanken 3 sowie dem sich an jede Seitenflanke anschliessenden Fuss 4, der parallel zum Schwellendeck verläuft. In die Unterseite des Schwellendecks 2 ist eine nach unten offene Rille 5 eingewalzt, deren Querschnitt dem Querschnitt des Kopfes der hier nicht veranschaulichten Hakenschraube entspricht. Im Schwellendeck 2 befinden sich beidseits der Auflagefläche der nicht dargestellten Schiene jeweils Öffnungen 6, welche als in Schwellenlängsrichtung verlaufende Langlöcher ausgebildet sind, so dass die Befestigungsschrauben für die Schienen so durch diese Öffnungen hindurchgesteckt werden können, dass die Längsachse des Kopfes der Befestigungsschrauben in Richtung der Längsachse der Schwelle verläuft. Danach wird die Befestigungsschraube für die Schiene dann um 90° gedreht, so dass der Kopf nunmehr mit seiner abgerundeten Anlagefläche formschlüssig an der Fläche der Rille 5 anliegt. Beidseits der Rille 5 ist jeweils eine Versteifungsrippe 7 in die Schwelle eingewalzt, welche in Richtung auf das Deck 2 eine zunehmende Stärke aufweist. Neben jeder Versteifungsrippe 7 ist in das Deck eine weitere Rille 8 eingewalzt. Im Anschluss an diese Rille 8 geht das Deck dann in die geraden Seitenflanken 3 über, an deren anderes Ende sich jeweils der Fuss 4 anschliesst.

In Fig. 2 ist die Schiene mit 9 bezeichnet. Sie liegt auf einer Schienenisolierplatte 10 auf, wodurch die Schienenführungsplatte 11 und die Schwelle von der Schiene isoliert sind. Die Schienenführungsplatte 11 wird mit einem angearbeiteten Passstück in die Öffnungen 6 des Schwellendecks eingelegt, wobei die der Schiene abgewandten Seiten des Passstückes der Schienenführungsplatte 11 die Querverschiebekräfte an die Schwelle weiterleiten und somit eine Formschlussverbindung entsteht. Die Hakenschraube 12 weist unten einen Kopf 13 auf, der in die Rille 5 der Schwelle eingreift. Die Befestigung der Schiene 9 erfolgt in diesem Fall mit einer Klemmplatte 14, wobei die Isolierung der Befestigungselemente gegenüber der Schiene durch Kunststoff-Formstücke 15 oder gesinterte Epoxidharzhüllen um die Klemmplatte 14 gewährleistet ist. Auf der Klemmplatte 14 liegt der Federring 16 auf, und die Befestigungsschraube 12 ist mit der Mutter 17 versehen.

Aus Fig. 3 ist besonders deutlich zu ersehen, welche Form die Anlagefläche des Kopfes 13 der Schraube 12 hat und dass diese der Form der Rille 5 entspricht (formschlüssige Anlage).

Fig. 5 zeigt eine weitere Art der Schienenbefestigung, bei der die Schiene 9 wie in Fig. 2 auf einer Isolierplatte ruht. Die Schienenführungsplatte 19 ist mit einer keilförmigen Abschrägung versehen, welche parallel zur Schiene 9 verläuft. Die Klemmplatte 20 stützt sich mit der gleichförmigen Abschrägung an der Führungsplatte 19 ab, wodurch die Schraubkräfte an die Schiene weitergeleitet werden. Die Isolierung der Klemmplatte 20 von der Schiene erfolgt durch die Isolierformstücke 21. Die Querverschiebekräfte werden in gleicher Weise wie von der Schienenführungsplatte 11, Fig. 2, weitergeleitet. Fig. 8 weicht von den Darstellungen in Fig. 2 und Fig. 5 dadurch ab, dass das Schienenbefestigungselement aus einer elastischen Spannklemme 23 besteht, dessen Raumform sich weiterhin aus Fig. 9 und 10 ergibt. Die Isolierung der Schienenbefestigung auf der Schwelle wird mit dem Isolierformstück 15 erreicht. Wegen der Elastizität der Spannklemme ist zur Anpassung der Mutter eine Scheibe 19 angeordnet.

Gem. Fig. 11 bis 13 kann auf die Niedrigschwelle 1 auch eine Rippenplatte 18 aufgeschweisst werden, wobei die Befestigungsschraube für die Schiene dann mit Ihrem Kopf in die Aussparung der Rippe eingreift und dann das Befestigungselement hält, welches sich auf dem Schienenfuss abstützt. Die Isolierung erfolgt wie bisher durch die Isolierplatte 22.

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s

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40

45

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B

8 Blatt Zeichnungen

Claims

654362 PATENTANSPRÜCHE

1. Stahlschwelle für den Eisenbahnoberbau, bestehend aus einem Schwellendeck mit einer Rille zur Aufnahme des Kopfes der Schrauben für die Befestigung der Schienen und an das Schwellendeck beidseitig sich anschliessenden abgewinkelten Seitenflanken, dadurch gekennzeichnet, dass in die Unterseite des Schwellendecks (2) eine nach unten offene Rille (5) eingewalzt ist, deren Querschnitt dem des Kopfes (13) der Befestigungsschraube (12) entspricht und dass im Schwellendeck (2) Öffnungen (6) zum Einführen des Kopfes (13) der Befestigungsschrauben (12) in die Rille (5) vorgesehen sind.

2. Stahlschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (5) beidseits von einer Versteifungsrippe (7) begrenzt ist.

3. Stahlschwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippe (7) in Richtung auf das Schwellendeck (2) eine zunehmende Stärke aufweist.

4. Stahlschwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben jeder Versteifungsrippe (7) eine weitere Rille (8) in das Deck (2) eingewalzt ist.

5. Stahlschwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits jeder Schienenauflagefläche eine Öffnung (6) vorgesehen ist.

6. Stahlschwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (6) als in Schwellenlängsrichtung verlaufende Langlöcher ausgebildet sind.

7. Stahlschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine wesentlich niedrigere Bauhöhe aufweist als die genormte Stahlschwelle SW 79/60, ihre statischen Werte jedoch denen dieser genormten Stahlschwelle entsprechen.

8. Stahlschwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauhöhe etwa 60% der Bauhöhe der genormten Stahlschwelle SW 79/60 beträgt.

9. Stahlschwelle nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Niedrigschwelle (1) aufgrund der geometrischen Form des Schwellenfusses (4) und der Innenkontur eine ausreichend niedrige Flächenpressung erreicht.

10. Stahlschwelle nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedrigschwelle (1) in der beschriebenen Form zur Aufnahme der Querverschiebekräfte an den Seiten ohne Erwärmung gekröpft werden kann.

11. Stahlschwelle nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (7) unter dem Schwellendeck (2) eine Erhöhung des Widerstandsmomentes ergeben und das Deck (2) bei möglicher Entgleisung weniger stark deformiert wird.