[0001] Die Erfindung betrifft eine elastisch gelagerte, mit einer elektrischen Isolierung
versehene Schiene gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur ihrer
Vorbereitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
[0002] Bei elektrisch betriebenen Bahnen ist eine Isolation der Fahrschienen notwendig,
weil diese fast immer einen Pol der Energieversorgung der Bahn bilden. Anderenfalls
können durch vagabundierende Ströme sehr unerwünschte Erscheinungen auftreten, insbesondere
verstärkte Korrosion. Besonders problematisch ist dies im Fall von in einem Unterbau
verlegten Schienen, zum Beispiel in einer Straße, was bei Kommunalbahnen, wie Straßenbahnen,
sehr häufig ist. Dort ist zugleich auch Schwingungs- und Schalldämmung besonders wichtig,
so dass die Schienen oft elastisch gelagert werden, zum Beispiel durch ein elastisches
Schienenfußprofil. Das führt dazu, dass die Schiene sich bei statischen und dynamischen
Belastungen im Unterbau bewegt, hauptsächlich in vertikaler Richtung, jedoch auch,
zum Beispiel durch dynamische Kräfte, wie Zentrifugalkräfte bei Kurvenfahrt, auch
seitlich (Schienenkopf-Auslenkung). Diese Probleme haben zu verschiedenen Lösungen
geführt:
Die
WO 2004/048696 A1 beschreibt eine Schiene wie eingangs beschrieben, auch mit nacheinander aufgespritzten
elektrisch isolierenden und flexiblen Schichten. Die Erfindung beabsichtigt, aufbauend
auf dieser Entwicklung, die Schiene, ihre Herstellung und ihren Einsatz weiter zu
verbessern.
[0003] Die
EP 1 206 599 B1 beschreibt eine Dämpfungsprofil für Rillenschienen, das aus vorgefertigten, entsprechend
dem Schienenprofil geformten, extrudierten Profilhälften bestehen, die aus einem elektrisch
isolierendem elastomerem Werkstoff, wie einer Kautschukmischung, bestehen, in der
Praxis aus mit Kunststoff gebundenen Partikeln von Autoreifen. Sie haben unterhalb
des Schienenkopfes längs der Schiene verlaufende Luftkammern, die das Profil in diesem
Bereich so kompressibel machen sollen, dass sie die Vertikalauslenkungen aufnehmen
können. Dadurch ist das Profil in diesem Bereich wesentlich dicker als im Bereich
des Schienensteges.
[0004] Die
EP 2 019 168 B1 beschreibt eine mit einer elektrischen Isolierung versehene Rillenschiene in Form
eines die Schiene incl. eines elastischen Schienenfuß-Formteils, jedoch mit Ausnahme
der Schienenkopfoberseite und der Schienenkopfseiten, umgebenden Profils, das im Bereich
der Schienenkopfunterseiten und des Steges doppelwandig mit längs verlaufenden Luftkammern
ausgeführt ist. Das vorgefertigte Profil wird an der Schiene im Bereich des Kopfes
durch beidseitig klebende Klebestreifen befestigt. Ein ähnliches Profil zeigt die
EP 2 960 370 A1.
[0005] Aus der
EP 13 31 310 A2 ist eine Schieneneinbettung bekannt, bei der die Schienenkammern zwischen Schienenkopf
und Schienenfuß gänzlich mit einem für Profil aus unelastischem Material gefüllt werden.
Zur Abgrenzung gegen den Unterbau ist eine darauf aufgeklebte elastische Lage und
ein dreidimensionales Montagegitter vorgesehen. Eine wirksame elektrische Isolierung
ist nicht vorgesehen.
[0006] Die
EP 093 7181 B1 zeigt eine Vigniol-Schiene, an deren beiden Seiten elastische Zwischenlagen mit Hohlkammern
verlaufen. Sie nehmen den gesamten Raum zwischen Kopf und Fuß ein. Sie sind nicht
geeignet, eine elektrische Isolierung im Untergrund zu gewährleisten.
EP 1 400 628 A2 beschreibt eine Schiene, die mit einer Überzugsschicht aus einem elektrisch isolierenden
und korrosionsbeständigen Material versehen ist, wobei die Beschichtung mit einer
Ummantelung einem elastomeren Material bedeckt ist.
DE 197 06 936 A1 offenbart eine Schiene für Schienenfahrzeuge die von einem elektrisch isolierenden
Elastomerprofil umhüllt ist.
Aufgabe und Lösung
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schiene der eingangs erwähnten Art und ein Verfahren
zu ihrer Vorbereitung für die Verlegung in einem Unterbau zu schaffen, die auch nach
langen Betriebszeiten eine sichere elektrische Isolation verbunden mit einer Dämpfung
von Schwingung und Schall gewährleistet.
[0008] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 und
durch das Kennzeichen des Anspruchs 11 gelöst.
[0009] Die erfindungsgemäße Schicht hat damit eine wesentlich größere Dicke als eine nur
zu Korrosionsschutz und Isolation aufgebrachte Beschichtung nach Art einer Lackierung.
Die Gesamtdicke der Schicht ist im Bereich Schienenkopfunterseite/Steg in Abhängigkeit
von der maximalen vertikalen und/oder seitlichen Auslenkung der Schiene bei statischen
und dynamischen Belastungen und von der Flexibilität incl. Volumenkompressibilität
und der Scherflexibilität der Schicht bemessen. Ein Kriterium ist dabei, dass durch
diese Flexibilität der Schicht die maximale Auslenkung bzw. Bewegungen der Schiene
in der Schicht aufgenommen werden, ohne den Unterbau zu beeinträchtigen oder von diesem
beschädigt zu werden. Die Außenhaut der Schicht sollte sich im Bereich Schienenkopfunterseite/Steg
bei Bewegungen der Schiene nicht relativ zu dem Unterbau bewegen. Bei der Erfindung
ragt der Unterbau, insbesondere bei der Rillenschiene, weit in die zwischen der Schienenkopf
Unterseite und dem Schienenfuß gebildete Schienenkammer hinein und ist meist aus Beton
oder mit Schotter armiertem Asphalt, also einem recht starren und inhomogenen Werkstoff,
gebildet. Insbesondere im Bereich des Steges bewirkt die Flexibilität der Schicht,
dass deren Außenhaut nicht an der Betonfläche entlang kratzt, was nicht nur zu einer
Beschädigung der Schicht im Stegbereich führen könnte, sondern auch Partikel aus dem
Beton herauslösen könnte, die dann in dem Spalt wie Schmirgel an der Schicht kratzen
und diese auf die Dauer beschädigen können.
[0010] Dies ist bei der
EP 1 206 599 B1 möglich, da das Profil, wie man dort in Fig. 3 erkennt, bei vertikaler Bewegung im
Stegbereich am Unterbau entlang scheuert. Auf die Dauer wäre eine Beschädigung des
Dämpfungsprofils möglich und die elektrische Isolierung nicht mehr gewährleistet.
Die
WO 2004/048696 A1 schlägt vor, die Außenschicht mit einer Beschichtung mit geringem Reibungskoeffizienten,
z.B. aus dem PTFE (Plytetrafluorethylen) zu versehen, um ein Anhaften der Außenschicht
an dem Unterbau zu verhindern (siehe dort zu Fig. 15 A und 15 B).
[0011] Bei dem erfindungsgemäßen zweischichtigen Aufbau sorgt einerseits die gute Haftung
der aufgespritzten und aushärtbaren Innenschicht (bevorzugt aus 2-Komponenten-Kunststoff)
und andererseits die stoffschlüssige Verbindung, zum Beispiel durch Aufbringung der
Außenschicht vor der Aushärtung der Innenschicht, dafür, dass keine Ablösung der gesamten
Schicht von der Schiene geschieht, und zwar sowohl bei belastungs- und schwingungsbedingten
Vertikalbewegungen als auch bei Seitwärtsbewegungen der Schiene. Besonders wichtig
ist die Haftung der Schicht, also der Außenseite der Außenschicht, an dem Unterbau,
also an dem in die Schienenkammer reichenden Teil des nach der Verlegung der Schiene
eingebrachten Ortbetons oder armierten Asphalts. Auch hier soll eine stoff- oder formschlüssige
Verbindung hergestellt werden, die zum Beispiel durch eine faserige oder offenporige
Struktur der Außenseite der Außenschicht zu erreichen ist.
[0012] Bei der Erfindung ist es also nicht nur wichtig, im Bereich der Schienenkopfunterseite
durch Kompression der Schicht Schäden am Unterbau zu vermeiden, sondern die Schicht
soll auch im Bereich des Steges bei vertikaler Bewegung der Schiene die zwischen Schiene
und Unterbau auftretenden Scherkräfte aufnehmen. Die Flexibilität der Schicht ist
also so zu bemessen, dass die dem Schienensteg zugekehrte Innenseite der Schicht und
die dem Unterbau zugekehrte Außenseite sich parallel zueinander verschieben können,
ohne dass die Schicht dabei strukturell negativ beeinflusst wird oder die Haftung
zum Unterbau beeinträchtigt wird. Darüber hinaus sorgt die Flexibilität der im Stegbereich,
und vorzugsweise auch im Bereich der Schienenkopfseiten dicken Schicht dafür, dass
auch bei seitlichen Bewegungen der Schiene, also der anfangs erwähnten Schienenkopf-Auslenkung,
der Unterbau nicht beschädigt wird. Insgesamt wird also zusätzlich zu der sicheren
elektrischen Isolation auch eine gute Schwingungs- und Schalldämpfung erreicht.
[0013] Während herkömmliche Systeme meist den Schienenfuß freilassen und insbesondere an
seiner Unterseite die Isolation einem Schienenfußprofil überlassen, soll durch Aufspritzen
der Schicht auch der gesamte Schienenfuß inklusive der Schienenfußunterseite, damit
die gesamte Schienenoberfläche mit Ausnahme der Schienenkopfoberseite, also der Lauf-
und Rillenfläche, wirksam isoliert und vor Korrosion geschützt werden. Es muss also
keine Fuge zwischen dem elastischen Schienenfußprofil und der Schicht abgedichtet
werden.
[0014] Die Schiene kann fertig vorbereitet zur Verlegung kommen. Das erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die Vorbereitung der Schienenoberfläche durch Strahlen und/oder Primern, danach
das Aufspritzen einer an der Schiene haftenden, flexibel und volumenkompressibel aushärtenden
Kunststoffschicht. Bei einer Ausführung kann dann anschließend im Bereich der Schienenkopfunterseite
und ggf. der Schienenkopfseite und des Steges der Schiene die Schicht durch weiteres
Aufspritzen bis zu der erforderlichen Gesamtdicke ergänzt werden. Es ist aber auch
möglich, nach dem Aufspritzen der ersten haftenden Schicht vor deren Aushärtung einen
oder mehrere flexible Streifen mit den vorher geschilderten Eigenschaften anzudrücken,
wo sie dann durch die Aushärtung sicher fixiert werden.
[0015] Das flexible Material der Schicht sollte volumenkompressibel sein, vorzugsweise durch
eingelagerte volumenkompressible geschlossene Zellen. Ein solches Material kann nach
Art eines geschlossenzelligen, recht massiven Schaumstoffs leicht durch Aufspritzen
verarbeitet werden, vorzugsweise in Zweikomponentenform. Auch die Zugabe anderer flexibler
oder die Flexibilität nicht behindernder Füllstoffe ist möglich. Bei herkömmlichen
Systemen vorgesehene offene und insbesondere längs der Schiene verlaufende Luftkammern
können sich durch die Pumpwirkung, die durch jede Schienenauslenkung, also jede darüber
rollende Radachse, entsteht, mit Flüssigkeit und Schmutz füllen, wenn auch nur an
einer Stelle eine kleine Öffnung vorliegt, beispielsweise an Schienenstößen oder Spurstangenbefestigungen.
Die Luftkammern wirken dann im Laufe der Zeit wie harte Stangen und die Profile verlieren
dadurch ihre Flexibilität, was zu ihrer Zerstörung führen kann.
[0016] Durch die Erfindung wird also eine Schiene für elektrische Bahnen geschaffen, die
in eine Straße und dessen meist aus Beton bestehenden Unterbau elastisch gelagert
eingelassen werden kann. Die elektrische Isolierung der Schiene gegenüber dem Unterbau
wird in Form einer elastischen, flexibel aushärtenden und ggf. mit Füllstoffen versehenen,
durch Aufspritzen sicher an der Schienenoberfläche haftend aufgebrachten Schicht.
Dabei ist bei einschichtigem Aufbau die Gesamtdicke der Schicht so bemessen, dass
sie belastungsbedingte Bewegungen der Schiene sowohl durch Kompression als auch durch
flexible Scherung (Verschiebung der Innen- und Außenseite der Schicht i.w. parallel
zueinander) ohne Beschädigung der Schicht und/oder des Unterbaus aufnehmen kann. Wenn
die Schicht in ihrer Gesamtdicke auch die Schienenkopfseiten bedeckt, kann der sonst
notwendige Fugenverguss zwischen Fahrbahnoberfläche und Schiene entfallen. Erfindungsgemäß
ist die Schicht aus einer inneren und einer äußeren Teilschicht aufgebaut, von denen
die innere Teilschicht aufgespritzt und die äußere Teilschicht in Form einer Matte
auf die innere Teilschicht vor ihrer flexiblen Aushärtung aufgebracht wird.
[0017] Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der
Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale bei einer Ausführungsform
der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0018] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt
und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen, jeweils im Querschnitt, eine in
einem Unterbau, wie einer Straße, verlegte, mit der isolierenden Schicht nach der
Erfindung versehenen Rillenschiene:
- Fig. 1
- die Schiene nach der Verlegung im Straßenniveau, jedoch ohne Fugenverguss,
- Fig. 2
- ein Detail der Schiene von Fig. 1, jedoch mit Fugenverguss.
Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
[0019] Fig. 1 und 2 zeigen eine Rillenschiene 11, z.B. für eine Straßenbahn, mit einem Schienenkopf
12 mit einer Lauffläche 13 für die Fahrzeugräder (nicht dargestellt) und einer Rille
14 zur Aufnahme und Führung des Spurkranzes des Rades. Der Schienenkopf 12 ist mit
einem breiten Schienenfuß 15 durch einen Steg 16 verbunden. Der Schienenfuß 15 stützt
sich auf einer elastischen Schienenfußunterlage 17 ab, die ihrerseits auf einem Unterguss
18 liegt. Der Unterguss dient zur Vergleichmäßigung der Auflage des Schienenfußprofils
17 auf der darunter liegenden relativ groben Betontragplatte 19.
[0020] Die Schiene ist mit einer zweiteiligen Schicht 20 umgeben, die aus einer Innenschicht
51 und einer Außenschicht 52 besteht. Die Innenschicht 51 umgibt die Schiene gänzlich
mit Ausnahme der Schienenkopfoberseite 27, also der Lauffläche 13 und der Rille 14.
Die Schicht wird durch Aufspritzen eines an der Schienenoberfläche gut haftenden 2-Komponentenmaterials,
das flexibel und ggf. volumenkompressibel aushärtet, auf die durch Strahlen, zum Beispiel
Sand- oder Kugelstrahlen, vorbereitete Schienenoberfläche, vorzugsweise durch mehrere
aufeinanderfolgende Spritzvorgänge, aufgebracht. Dabei kann die Dicke der Innenschicht
51 in einzelnen Bereichen der Schiene variieren, vorzugsweise ist sie jedoch nur so
dick, dass eine vollständige elektrische Isolation der Schiene 11 im Unterbau 40 gewährleistet
ist. Sie bildet ferner einen Haftvermittler zur danach aufgebrachten Außenschicht
52, die entweder auch aufgespritzt oder, wie dargestellt, als eine streifenförmige
Matte angedrückt wird. Sie wird in die noch nicht ausgehärtete Innenschicht 51 als
Streifen aus einem flexiblen und volumenkompressiblem sowie Scherflexiblen Material
eingedrückt und kurzzeitig fixiert, bis die innere Teilschicht 51 ausgehärtet ist.
Bei dem Material der Außenschicht 52 kann es sich um ein ökonomisch und/oder ökologisch
günstiges Material handeln, zum Beispiel Recyclingmaterial aus Autoreifen, das kunststoffgebunden
und ggf. mit geschlossenen Micro-Gaszellen , meist mit Bindung durch Kunststoffe,
hergestellt ist. Besonders bevorzugt ist ein natürliches oder künstliches faseriges
Material, das aber auch neben der Volumenkompressibilität auch eine ausreichende Scherflexibilität
haben muss, um Parallelverschiebungen zwischen Schiene und Unterbau, d.h. zwischen
Innenseite Innenschicht 51 und Außenseite 30 Außenschicht 52 ohne Dauerschädigung
zu ertragen. Durch eine feine Kreuzschraffur an der Außenseite 30 ist angedeutet,
dass zumindest dort eine formschlüssige Oberflächenstruktur, z.B. in Form von Fasern,
Offenporigkeit o. dgl. vorgesehen sein soll. Es könnte also auch nur eine Fasern enthaltene
Schicht an der Außenseite einer die vorher definierten Flexibilitäts-Eigenschaften
enthaltenen Außenschicht sein. Als Kunststoffe zur Herstellung oder Verwendung in
der Außenschicht 52 eignen sich besonders Polyurethanelastomer und Epoxy-Kunststoffe
in geeigneter Elastifizierung. Auch Wirrfasermatten, die natürliche Fasern oder Fasern
aus Kunststoffen wie PP, PA oder PE enthalten, können verwendet werden.
[0021] Wenn nach der Verlegung der Schiene 11, die entsprechend vorbereitet ist, der Unterbau
40 in Form von Beton eingebracht und eingestampft oder -gerüttelt wird, so werden
sich die feineren Betonbestandteile, also Zement und Sand, um die Fasern oder in offene
Poren legen und so einen Form- und Stoffschluss, also eine haftende Verbindung, sicherstellen.
Es werden aber auch Armierungs-Bestandteile des Betons, wie Kiesel 55 oder andere
Zuschlagstoffe, in die Außenseite 30 der Außenschicht 52 eingedrückt werden, was diese
dank der Flexibilität der Außenschicht erträgt. Auch auf andere Weise kann eine Haftung
der Außenschicht am Unterbau erzeugt werden, z.B. durch besondere Haftvermittler.
[0022] Die Außenschicht 52, die in der Zeichnung dargestellt ist, reicht, wie Fig. 1 zeigt,
von der Außenkante der Schienenfußoberseite 23 bis an die Lauffläche, wie in Fig.
1 auf der linken Seite der Schiene gezeigt ist. Sie kann dort, wenn es erwünscht ist,
mit oder ohne Fugenverguss die Abdichtung zur Straßenoberfläche 56 bilden, meist ist
jedoch ein Fugenverguss 43 mit Bitumen oder elastischen und haftendem Kunststoff vorgesehen,
wie dies in Fig. 2 gezeigt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die die Außenschicht 52
bildende streifenförmige Matte an der Stelle, bis zu der der Unterbau 40 reichen soll,
eine Soll-Abreißstelle 57 aufweist. Die Außenschicht 52 schützt dann die Innenschicht
51 bei der Einbringung des Unterbau-Betons vor Anhaftungen, der obere Streifen 58
kann dann aber leicht vor der Aufbringung des Fugenvergusses abgerissen werden, wenn
eine Anhaftungen an der Innenschicht 51 dort verhindert wird (siehe Fig. 1, rechte
Seite der Schiene). Die die Außenschicht 52 bildende streifenförmige Matte kann an
den Knickstellen zwischen Schienenkopfunterseite 22 und Steg 16 sowie Steg und Schienenfußoberseite
23 von der Außenseite 30 bis kurz vor ihre Innenseite reichende Ausnehmungen 59 in
Form von Kerben haben, die die Formung der Außenschicht 52 aus einem ebenen Streifen
erleichtern.
[0023] Fig. 1 zeigt, dass auf die die Isolation bildende Innenschicht 51 an der Schienenfußunterseite
22 ebenfalls eine Schicht entsprechend der Außenschicht 52 in vergleichbarer Weise
wie an den Schienenseiten aufgebracht ist, die das Schienenfußprofil 17 bilden. Sie
kann sich von der übrigen Außenschicht durch andere Belastbarkeits- und Flexibilitätswert
unterscheiden. Die Maßnahmen zur Haftvermittlung können jedoch die den an der übrigen
Außenschicht entsprechen, so dass eine aktive Verbindung des Fußprofils nicht nur
zur Schiene, sondern auch zum Unterguss 18 entsteht.
[0024] Die so vorbereitete Schiene wird in den Unterbau 40 eingebettet, der die Schiene
auf ihrem Schienenfußprofil 17 und dem Unterguss 18 bis nahe an die Schienenkopfoberseite
27 umgibt. Der Unterbau 40 besteht aus einer Schicht aus Fahrbahnbeton und einer wesentlich
dünneren Schicht aus Fahrbahn-Asphalt 42 oder einer anderen feineren Deckschicht.
Der Fahrbahn-Asphalt 42 reicht in Fig. 1 nicht ganz an die Schienenkopfseitenflächen
heran und ist dort mit dem Fugenverguss 43 aus Bitumen oder einem elastischen Werkstoff
versehen, der auch den Eintritt von Feuchtigkeit zwischen Schiene und Unterbau vermeiden
soll.
[0025] Das Verfahren zur Herstellung der elektrischen Isolation auf der Schiene kann stationär
in einem Bauhof durchgeführt werden, ist aber so relativ einfach zu bewerkstelligen,
dass auch eine mobile, zum Beispiel gleisgebundene Bearbeitungseinheit möglich ist.
Das Verfahren erfordert die Vorbereitung der Schienenoberfläche durch Strahlen, zum
Beispiel durch Sand- oder Kugelstrahlen, ggf. in Abhängigkeit von den Eigenschaften
der aufzuspritzenden Schicht, das Aufspritzen eines Primers, danach das Aufspritzen
der Schicht 20 in der oben angegebenen Verteilung und Schichtdicke. Dabei wird zuerst
die gesamte zu isolierende Oberfläche der Schiene mit der Innenschicht 51 versehen
und anschließend in einem oder mehreren weiteren Arbeitsgängen die Außenschicht 52,
die in den geschilderten Bereichen die gesamte Schicht 20 zur Gesamtdicke 25 ergänzt.
Bei Schienen, die schon vor der Verlegung durch Spurstangen miteinander verbunden
sind, können diese auch mit einer gleichen isolierenden Beschichtung versehen werden.
Damit sind auch eventuelle Leckstellen vermieden, die bei einer nachträglichen Anbringung
der Spurstangen entstehen könnten.
[0026] Für eine Ausführung nach Fig. 1 und 2 wird nach dem Aufspritzen der inneren Teilschicht
51 ein vorbereiteter, beispielsweise in einer Rolle angelieferter Streifen in der
gewünschten Breite, also zur Bedeckung von Steg und Schienenkopfunterseite sowie ggf.
den Schienenkopfseiten und den Schienenfußoberseiten, an die noch nicht ausgehärtete
Innenschicht 51 angedrückt und bildet dort die die Schicht 20 zur Gesamtdicke 25 ergänzende
Außenschicht 52. Dieser Vorgang ist relativ leicht vorzunehmen, da der Streifen nur
zweidimensional gekrümmt werden muss und die Kerben oder Ausnehmung in 57 dies unterstützen.
Durch die Klebewirkung der Innenschicht 51 ist eine Abstützung nach dem Andrücken
kaum erforderlich. Der die Außenschicht 52 bildende Streifen hat ebenfalls die Bedingungen
der Flexibilität und Volumenkompressibelität erfüllende Eigenschaften und die beschriebene,
dem Unterbau zugekehrte haftvermittelnde Außenseite.
[0027] Die Gesamtdicke 25 der Schicht bemisst sich einerseits nach ihren Materialeigenschaften
und andererseits nach den an der Schiene auftretenden, durch Belastungen verursachten
maximalen Auslenkungen. Dies sind in erster Linie vertikale Auslenkungen durch die
von den Fahrzeugrädern aufgebrachten Gewichtsbelastungen und dynamischen Kräfte, zum
Beispiel ein Rattern der Räder z.B. beim Bremsen. Aber auch nach den Seiten können
Auslenkungen auftreten, so die Schienenkopf-Auslenkung, die durch seitliche Schubkräfte
in Kurven oder durch ein Schlingern der Radsätze entstehen kann. Diese Auslenkungen
sollen innerhalb der Gesamtdicke der Schicht 20 sowohl durch Volumenkompression, hauptsächlich
im Bereich der Schienenkopfunterseite 24 und der Schienenkopfseiten 26, aufgenommen
werden, als auch durch flexible Scherung im Bereich des Steges 16, d.h. durch eine
in Richtung der Schicht verlaufende gegenseitige Verschiebung der an der Schiene,
z.B. am Steg, haftenden Innenseite 29 der Schicht 20 gegenüber der dem Unterbau zugekehrten
Außenseite 30 der Schicht. Die Gesamtdicke 25 sollte also so bemessen sein, dass möglichst
keine Längsverschiebungen zwischen Steg 16 und Innenseite 29 sowie zwischen Außenseite
30 und Unterbau 40 auftreten. Diese Kompressionen und Scherungen bzw. Verwindungen
im Material sollen ohne Beeinträchtigung der Materialkonsistenz und ohne dessen Beschädigung
auch nach einer großen Zahl von Lastwechseln ertragen werden.
[0028] Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ist also eine Gesamtdicke 25 der Schicht 20
im Bereich zwischen 5 und 15mm angemessen, bevorzugt 7 bis 10 Millimeter. Wenn also
eine maximale Schienenauslenkung in vertikaler und/oder seitlicher Richtung von 2mm
möglich ist und die beschädigungsfreie Kompressibilität und Flexibilität 40% beträgt,
so kann schon 5mm Gesamtschichtdicke ausreichen. Ist der Flexibilitätsgrad geringer
und/oder die zu befürchtende maximale Auslenkung größer, so können die größeren angegebenen
Dicken-Werte richtig sein.
[0029] Als Material für die Schicht 20 eignen sich zahlreiche Kunststoffe, die sich durch
Spritzen verarbeiten lassen, eine gute Haftfähigkeit an der vorbereiteten Stahloberfläche
haben und flexibel aushärten sowie selbst oder durch entsprechende Füllstoffe, wie
Mikrokugeln, Korkmehl o.dgl. auch volumenkompressibel sind. Dazu gehören Polyurethan-Elastomere,
Isocyanate und andere polyadditive Materialien. Wichtig ist auch, dass zur Volumenkompressibilität
beitragende Zellen geschlossen sind und dennoch nach der Aushärtung eine zum Unterbau
Haft vermittelnde Außenseite entsteht.
[0030] Durch die Erfindung wird also eine Rillenschiene mit einer Außenhaut geschaffen,
die in der Lage ist, alle Bewegungen einer elastisch gelagerten Schiene in sich aufzunehmen,
ohne den Unterbau zu beeinträchtigen, zu beschädigen oder, was noch wichtiger ist,
durch diesen selbst beschädigt zu werden. Vor allem ist durch die mit Ausnahme der
Laufflächen durchgehende Innenschicht die elektrische Isolierung unabhängig von allen
übrigen Maßnahmen lückenlos sichergestellt. Insbesondere bei den vertikalen Schienenauslenkungen,
die meist die größere Amplitude haben, wird vermieden, dass die Schicht an der in
die Schienenkammer 21 zwischen Schienenkopf 12 und Schienenfuß 15 eingreifenden Beton-Unterbauschicht
entlangkratzt und dadurch beschädigt wird. Durch die Zuschlagstoffe in der Betonschicht
hat diese eine erhebliche schleifende Wirkung, die bei den herkömmlichen Dämpfungsprofilen
zu einem Durchschleifen insbesondere im Stegbereich führen kann. Es können sich auch
Füllstoffe, wie Kiesel o. dgl. in die Außenhaut der Schicht beim Verdichten des Unterbaus
hineindrücken und die Schicht, hauptsächlich im Bereich des Steges, sozusagen formschlüssig
festhalten.
[0031] Zusätzlich zur sicheren elektrischen Isolation sorgt die nach der Erfindung aufgebrachte
Schicht für eine hervorragende Dämpfung der Stöße und Schwingungen, denen eine Schiene
ausgesetzt ist, und ihrer Auswirkungen auf den Unterbau sowie den Geräuschpegel im
Umfeld und für einen vollständigen Korrosionsschutz. Obwohl der Unterbau 40 in die
Schienenkammern 21, die insbesondere bei einer Rillenschiene recht groß sind, hineinragt
und damit ein materialaufwändiger Füllkörper vermieden wird, ist für alle auftretenden
Schienenauslenkungen undschwingungen eine zerstörungsfreie Aufnahme gewährleistet.
So ist z.B. bei einer Vertikalauslenkung der Schiene die Schicht im Bereich der Schienenkopfunterseite
24 auf Kompression, auf der Schienenfußoberseite auf Zug und im Bereich des Steges
16 und der Schienenkopfseiten auf Scherung beansprucht (und beim Rückschwingen der
Schiene jeweils entgegengesetzt). Ebenfalls entgegengesetzt sind die Belastungsverhältnisse
bei einer seitlichen Schienenauslenkung (Druck/Zug im Bereich Steg und Schienenkopfseiten
sowie Scherung im Bereich Schienenkopfseiten und Schienenfußoberseite).
[0032] Die Schiene nach der Erfindung ist hauptsächlich für die Verlegung in einem festen
Unterbau, wie einer Straße o.dgl. gedacht. Sie bringt allerdings auch bei Verlegung
im Erdreich (Rasenschiene) Vorteile durch ihre ausgezeichnete, vor Beschädigung im
Erdreich eingelagerte Körper wie spitze Steine geschützte und nicht leckagegefährdete
Isolierung Vorteile, wobei dann mit der Gesamtdicke der Schicht auf geringe Werte
zurückgegangen werden kann.
Bezugszeichenliste
Rillenschiene |
11 |
Schienenkopf |
12 |
Lauffläche |
13 |
Rille |
14 |
Schienenfuß |
15 |
Steg |
16 |
Schienenfußprofil |
17 |
Unterguss |
18 |
Betontragplatte |
19 |
Schicht |
20 |
Schienenkammer |
21 |
Schienenfußunterseite |
22 |
Schienenfußoberseite |
23 |
Schienenkopfunterseite |
24 |
Gesamtdicke |
25 |
Schienenkopfseiten |
26 |
Schienenkopfoberseite |
27 |
Innenseite |
29 |
Außenseite |
30 |
Unterbau |
40 |
Fahrbahnbeton |
41 |
Fahrbahn-Asphalt |
42 |
Fugenverguss |
43 |
innere Teilschicht |
51 |
äußere Teilschicht |
52 |
Kiesel |
55 |
Straßenoberfläche |
56 |
Soll-Abreißstelle |
57 |
Oberer Streifen |
58 |
Ausnehmungen |
59 |
1. Elastisch gelagerte, mit einer elektrischen Isolierung versehene Schiene insbesondere
eine Rillenschiene (11), die einen Schienenkopf (12), einen Schienenfuß (15) und einen
diese verbindenden Schienensteg (16) aufweist, wobei die Schiene in einem Unterbau
(40), z.B. in Beton, eingebettet ist, wobei die Schiene mit einer vor der Verlegung
angebrachten elektrisch isolierenden Schicht (20), die durch Aufspritzen Haftung auf
der Schienenoberfläche hat, versehen ist, wobei die Schicht (20) die zumindest im
Bereich der Schienenkopfunterseite (24) und des Schienenstegs (16) eine Gesamtdicke
(25) von mindestens 4 mm aufweist, an ihrer Außenseite (30) mit dem Unterbau (40)
form- und/oder stoffschlüssig haftend verbunden ist und derart volumenkompressibel
und in sich scherflexibel ist, dass die maximalen vertikalen und/oder seitlichen Auslenkungen
der Schiene (11) bei statischen und dynamischen Belastungen bei Haftung der Schicht
(20) sowohl an der Schiene (11) als auch am Unterbau (40) dauerhaft zerstörungsfrei
aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (20) aus einer inneren und einer äußeren Teilschicht (51, 52) aufgebaut
ist, von denen die innere Teilschicht (51) aufgespritzt und die äußere Teilschicht
(52) eine stoffschlüssig mit der inneren Teilschicht (51) verbundene Matte ist.
2. Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke (25) der Schicht (20) im Bereich Schienenkopfunterseite/Steg (24,
16) zwischen 5 mm und 15 mm, vorzugsweise zwischen 7 mm und 10 mm beträgt.
3. Schiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (20) auch im Bereich der Schienenkopf-Seiten (26) die Gesamtdicke (25)
aufweist.
4. Schiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (20) auf ihrer dem Unterbau zugewandten Außenseite (30) eine mit dem
Unterbau (40) haftvermittelnde Struktur und/oder Konsistenz hat.
5. Schiene nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Struktur fasrig ist.
6. Schiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (20), insbesondere die Außenschicht (52), eingelagerte volumenkompressible,
geschlossene Zellen enthält.
7. Schiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke der Schicht (20) im Bereich Schienensteg (16) zumindest gleich der
Gesamtdicke im Bereich Schienenkopfunterseite (24) ist.
8. Schiene nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (52) eine zumindest an ihrer Außenseite (30) Fasern enthaltenden
Matte ist.
9. Schiene nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (52) in einem an die Schienenoberfläche angrenzenden Bereich eine
Soll-Trennstelle (57) aufweist, die einen Streifen (58) abgrenzt, der zur Anbringung
eines Fugenvergusses (43) entfernbar ist.
10. Schiene nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (51) auch den Schienenfuß (15), vorzugsweise die gesamte Schiene
(11) außer der Schienenkopfoberseite (27) umgibt.
11. Verfahren zur Vorbereitung einer Schiene (11) mit elektrischer Isolation zur Verlegung
in einem Unterbau (40), z.B. in Beton, die einen Schienenkopf (12), einen Schienenfuß
(15) und einen diese verbindenden Schienensteg (16) aufweist, insbesondere eine Rillenschiene
(11), mit einer flexiblen Schicht (20),
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Vorbereitung der Schienenoberfläche durch Strahlen und/oder Primern,
- Aufspritzen einer an der Schiene (11) haftenden aushärtbaren, ggf. mit Füllstoffen
versehenen Kunststoff enthaltenden Innenschicht (51) in einer geringeren Dicke als
einer Gesamtdicke (25) auf die Schienen-Oberfläche mit Ausnahme der Schienenkopfoberseite
(27) sowie
- auf den Bereich Schienenkopfunterseite/Steg (24, 16) sowie ggf. die Schienenkopfseiten
(26), und
- stoffschlüssig haftendes Aufbringen einer Außenschicht (52) in Form einer Matte
einer größeren Dicke auf die Innenschicht (51) vor deren Aushärtung die zusammen mit
der Innenschicht eine Gesamtdicke (25) ergibt, wobei
die volumenkompressible und zur dauerhaft zerstörungsfreien Aufnahme der maximalen
vertikalen und/oder seitlichen Auslenkungen der Schiene bei statischen und dynamischen
Belastungen bei Haftung der Schicht (20) sowohl an der Schiene als auch am Unterbau
in sich scherflexibele Außenschicht (52) so aufgebracht wird, dass eine mit dem Unterbau
(40) haftvermittelnd form- und/oder stoffschlüssig zu verbindende Seite zur Außenseite
(30) weist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Herstellung der Schiene im Bereich der Schienenfußunterseite eine flexible
Schicht (17) auf die die elektrische Isolierung sicherstellende Innenschicht (51)
aufgebracht wird.
1. An elastically mounted rail, provided with electrical insulation, in particular a
grooved rail (11), which has a rail head (12), a rail base (15) and a rail web (16)
connecting these,
wherein the rail is embedded in a substructure (40), e.g. in concrete, wherein the
rail is provided with an electrically insulating layer (20) applied before installation,
which has adhesion to the rail surface by means of spraying,
wherein the layer (20), which has an overall thickness (25) of at least 4 mm at least
in the region of the rail head lower side (24) and the rail web (16), is adhesively
and firmly connected in a form-fitting manner to the substructure (40) on its outer
side (30) and is compressible in volume and inherently shear-flexible in such a manner
that the maximum vertical and/or lateral deflections of the rail (11) can be permanently
received without damage in the case of static and dynamic loads in the case of adhesion
of the layer (20) both to the rail (11) and also to the substructure (40), characterized in that the layer (20) is constructed from an inner and an outer partial layer (51, 52),
of which the inner partial layer (51) is sprayed on and the outer partial layer (52)
is a mat firmly connected to the inner partial layer (51).
2. The rail according to Claim 1, characterized in that the overall thickness (25) of the layer (20) in the region of the rail head lower
side/web (24, 16) is between 5 mm and 15 mm, preferably between 7 mm and 10 mm.
3. The rail according to Claim 1 or 2, characterized in that the layer (20) also has the overall thickness (25) in the region of the rail head
sides (26).
4. The rail according to one of the preceding claims, characterized in that the layer (20) has a structure and/or consistency that is adhesion-promoting with
the substructure (40) on its outer side (30) facing the substructure.
5. The rail according to Claim 4, characterized in that the adhesion-promoting structure is fibrous.
6. The rail according to one of the preceding claims, characterized in that the layer (20), in particular the outer layer (52), contains embedded, closed cells
compressible in volume.
7. The rail according to one of the preceding claims, characterized in that the overall thickness of the layer (20) in the region of the rail web (16) is at
least the same as the overall thickness in the region of the rail head lower side
(24).
8. The rail according to Claim 6 or 7, characterized in that the outer layer (52) is a mat containing fibres at least on its outer side (30).
9. The rail according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the outer layer (52) has a setpoint separation point (57) in a region adjacent to
the rail surface, which setpoint separation point (57) delimits a strip (58), which
can be removed for applying a joint sealant (43).
10. The rail according to one of the preceding claims, characterized in that the inner layer (51) also surrounds the rail base (15), preferably the entire rail
(11) apart from the rail head upper side (27).
11. A method for preparing a rail (11) having electrical insulation for installation in
a substructure (40), e.g. in concrete, which rail (11) has a rail head (12), a rail
base (15) and a rail web (16) connecting these, in particular a grooved rail (11),
having a flexible layer (20),
characterized by the following method steps:
- preparing the rail surface by means of beams and/or primers,
- spraying a curable inner layer (51) containing plastic, possibly provided with fillers
and adhered to the rail (11), in a lower thickness than an overall thickness (25)
onto the rail surface with the exception of the rail head upper side (27) and
- onto the region of the rail head lower side/web (24, 16) and possibly the rail head
sides (26), and
- applying an outer layer (52) in the form of a mat with a greater thickness to the
inner layer (51) in a firm and adhesive manner prior to the curing thereof, which
together with the inner layer produces an overall thickness (25), wherein
the outer layer (52), which is compressible in volume and inherently shear-flexible
and is intended for permanently receiving the maximum vertical and/or lateral deflections
of the rail without damage in the case of static and dynamic loads in the case of
adhesion of the layer (20) both to the rail and also to the substructure, is applied
such that a side to be adhesively and firmly connected in a form-fitting manner to
the substructure (40) points to the outer side (30).
12. The method according to Claim 11, characterized in that a flexible layer (17) is applied to the inner layer (51) ensuring electrical insulation
in the course of producing the rail in the region of the rail base lower side.
1. Glissière logée élastiquement, munie d'une isolation électrique, notamment une glissière
à gorge (11), qui comporte un champignon de glissière (12), un patin de glissière
(15) et une âme de glissière (16) assemblant ces derniers,
la glissière étant incorporée dans un soubassement (40), par ex. dans du béton, la
glissière étant munie d'une couche isolante (20) électrique, montée avant la pose,
qui par projection, fait preuve d'adhérence sur la surface de la glissière,
la couche (20) qui au moins dans la région de la face inférieure du champignon de
glissière (24) et de l'âme de glissière (16) présente une épaisseur totale (25) d'au
moins 4 mm étant assemblée par complémentarité de forme ou par matière sur sa face
extérieure (30) avec le soubassement (40) et étant compressible en volume et flexible
en cisaillement, de telle sorte que sous des contraintes statiques et dynamiques,
les déviations verticales et/ou latérales maximales de la glissière (11) lors de l'adhérence
de la couche (20) soient susceptibles d'être absorbées durablement de manière non
destructive sur la glissière (11), aussi bien que sur le soubassement (40), caractérisée en ce que la couche (20) est constituée d'une couche partielle (51, 52) intérieure et extérieure
dont la couche partielle intérieure (51) est projetée et la couche partielle extérieure
(52) est une natte assemblée par matière avec la couche partielle intérieure (51).
2. Glissière selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur totale (25) de la couche (20) dans la région de la face inférieure du
champignon/de l'âme de glissière (24, 16) se situe entre 5 mm et 15 mm, de préférence
entre 7 mm et 10 mm.
3. Glissière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'également dans la région des côtés (26) du champignon de glissière, la couche (20)
présente l'épaisseur totale (25).
4. Glissière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sur sa face extérieure (30) dirigée vers le soubassement, la couche (20) a une structure
et/ou une consistance favorisant l'adhérence avec le soubassement (40).
5. Glissière selon la revendication 4, caractérisée en ce que la structure favorisant l'adhérence est fibreuse.
6. Glissière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche (20), notamment la couche extérieure (52) contient des cellules fermées
incorporées, à volume compressible.
7. Glissière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur totale de la couche (20) dans la région de l'âme de glissière (16) est
au moins égale à l'épaisseur totale dans la région de la face inférieure du champignon
de glissière (24).
8. Glissière selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la couche extérieure (52) est une natte, contenant des fibres au moins sur sa face
extérieure (30) .
9. Glissière selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que dans une région qui est adjacente à la surface de la glissière, la couche extérieure
(52) comporte une région de séparation théorique (57) qui délimite un ruban (58) qui
peut se retirer, pour monter un scellement de joint (43).
10. Glissière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche intérieure (51) entoure également le patin de glissière (15), de préférence,
l'ensemble de la glissière (11) à l'exception de la face supérieure du champignon
de glissière (27).
11. Procédé, destiné à préparer une glissière (11) munie d'une isolation électrique, destinée
à être posée dans un soubassement (40), par ex. en béton, qui comporte un champignon
de glissière (12), un patin de glissière (15) et une âme de glissière (16) assemblant
ces derniers, notamment une glissière à gorge (11), pourvue d'une couche (20) flexible,
caractérisé par les étapes de procédé suivantes, consistant à :
- préparer la surface supérieure de la glissière par grenaillage et/ou apprêtage,
- projeter une couche intérieure (51) durcissable, adhérant sur la glissière (11),
contenant de la matière plastique, munie le cas échéant d'agents de charge sur une
épaisseur inférieure à une épaisseur totale (25) sur la surface de la glissière, à
l'exception de la face supérieure du champignon de glissière (27), ainsi que
- sur la région de la face inférieure du champignon/de l'âme de glissière (24, 16)
ainsi que le cas échéant sur les côtés (26) du champignon de glissière, et
- appliquer par adhérence de matière une couche extérieure (52) sous la forme d'une
natte d'une épaisseur supérieure sur la couche intérieure (51) avant son durcissement,
qui conjointement avec la couche intérieure, donne une épaisseur totale (25),
pour l'absorption durable de manière non destructive de déviations verticales et/ou
latérales maximales de la glissière sous des contraintes statiques et dynamiques lors
de l'adhérence de la couche (20), la couche extérieure (52) compressible en volume
et flexible en cisaillement en soi étant appliquée aussi bien sur la glissière que
sur le soubassement, de telle sorte qu'un côté favorisant l'adhérence qui doit être
assemblé par complémentarité de forme et/ou par matière avec le soubassement (40)
soit dirigé vers la face extérieure (30).
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au fil de la fabrication de la glissière, on applique dans la région de la face inférieure
du champignon de glissière une couche flexible (17) sur laquelle on applique la couche
intérieure (51) assurant l'isolation électrique.