RAHMENSCHWELLE UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Rahmenschwelle aus Spannbeton mit einer erhöhten Anzahl von Schienenbefestigungen für einen Eisenbahnschotteroberbau und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schwelle.

[0002] Gitterrostartige Eisenbahnschwellen bestehend aus Querschwellen und unter den Schienen verlaufenden Längsträgern, im Folgenden als Rahmenschwellen bezeichnet, sind als monolithische Spannbetonfertigteile in verschiedenen Ausfiihrungsformen bekannt. Ihre Vorteile gegenüber dem klassischen Schotteroberbau mit Querschwellen sind in Hinsicht auf die Lagestabilität des Gleises auf die vergrößerte Auflagerfläche im Schotter, den größeren Querverschiebewiderstand der Einzelschwellen und insbesondere auf die horizontale Rahmentragwirkung des Gleisrostes zurückzuführen.

[0003] Die Rahmentragwirkung hängt dabei wesentlich von der Größe der Klemmkräfte in den elastischen Federelementen der Schienenbefestigungen ab, die über Reibungskräfte Schienen und Schwellen miteinander verbinden. Die Schienen wirken als Zug- und Druckgurte des durch den Gleisrost gebildeten, liegenden Trägers, während die Schwellen die zwischen den Gurten auftretenden Schubkräfte übertragen. Werden die vorhandenen Reibungskräfte in den Schienenbefestigungen überschritten, so rutschen die Schienen auf den Schwellen und die einzelnen Rahmenschwellen können sich in der horizontalen Ebene gegeneinander verdrehen. D.h., sobald ein Durchrutschen der Schienen in den Schienenbefestigungen erfolgt, lässt sich die Rahmentragwirkung nicht mehr steigern.

[0004] In Gebirgsstrecken mit engen Kurven sind die Anforderungen an die Lagestabilität des Oberbaus am höchsten. Sie nehmen deutlich ab bei Flachlandstrecken mit großen Kurvenradien. Deshalb ist ein enger Abstand der Schienenbefestigungen bei Gebirgsstrecken und ein weiter Abstand bei Flachlandstrecken anzustreben.

[0005] Von Bedeutung ist weiterhin, dass ein engerer Abstand der Schienenbefestigungen und damit ein erhöhter Durchschubwiderstand der Schienen gegenüber den Schwellen auch in Hinsicht auf Bremskräfte und Bruchlücken bei Schienenbrüchen günstig ist.

[0006] Eine bekannte Ausführungsart der Rahmenschwelle gemäß der DE 198 42 312 C1 mit einem aus zwei Querschwelle und zwei Langsträgem zusammengesetzten Trägerrost zeigt sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des Ansprüchs 1 und weist in jedem Kreuzungspunkt der Tragelemente eine Schienenbefestigung mit jeweils zwei Federelementen und einem Schienenauflagerelement auf. Eine Erhöhung der Klemmkräfte über zusätzliche Schienenbefestigungen ist nur durch eine engere Anordnung der Querschwellen möglich. Abhängig vom Einsatzzweck sind damit mehrere Schwellentypen erforderlich. Die unterschiedlichen Schwellenabmessungen führen aber zu erheblichen Mehrkosten in der Schwellenproduktion.

[0007] Eine weitere Ausführungsart gemäß der DE 100 23 389 A1 mit einer Querschwelle und zwei kurzen, beidseitig auskragenden Längsträgern weist den Nachteil auf, dass eine engere Schwellenanordnung und damit mehr Schienenbefestigungen pro laufenden Meter Gleis wegen der notwendigen Zwischenräume zum Stopfen der Schwellen nicht möglich ist. Auch eine Verringerung der Anzahl der Schienenbefestigungen durch größeren Schwellenabstand ist nur bedingt ausführbar, weil sich damit die Schotterpressung und die Schienenbeanspruchung nachteilig vergrößern.

[0008] Ein zusätzliches Problem bei der Anordnung mehrerer Schienenbefestigungen und Schienenauflager unter einer Schiene entsteht dadurch, dass mehr als zwei Schienenauflager auf dem Längsträger unter der rollenden Last Zwängungskräfte zwischen Schiene und Schwelle erzeugen, die zu einem Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagern führen können. Dieser nachteilige Effekt, der durch die statisch unbestimmte Lagerung der Schiene auf dem Längsträger entsteht, wird durch die unvermeidbaren Höhentoleranzen der Einzelbauteile Schiene, Zwischenlage und Schwelle noch verstärkt. Die damit verbundene Überbeanspruchung aller Teile und der daraus folgende erhöhte Verschleiß müssen unbedingt vermieden werden.

[0009] Ein derartiger, plattenartiger Schwellenrahmen mit mehreren Schienenauflagern und entsprechend großer Länge in Gleislängsrichtung ist der AT 377 806 zu entnehmen. In der Praxis wird ein derartiger Schwellenrahmen mit einer Länge von 2,4 m verwendet, d.h., die Schienenbefestigungen erfolgen im üblichen Abstand von 60 cm. Um die oben beschriebenen Zwängungskräfte, die mit ansteigender Schwellenlänge in Gleisrichtung noch weiter anwachsen, zu beherrschen, ist der Einbau sehr weicher Schienenauflagerelemente mit einer Federziffer von ca. 20 KN/mm in jedem Stützpunkt unvermeidbar. Derart weiche Schienenauflager wirken jedoch lärmerhöhend und sind zudem sehr teuer. Die Anordnung mehrerer Schienenbefestigungen im üblichen Abstand von ca. 60 cm im Bereich des Längsträgers führt außerdem zu weiteren technischen Problemen. Einerseits verlängert sich der Schwellenrahmen in Gleislängsrichtung so sehr, dass er in engen Kurven wegen der geradlinig fluchtenden Schienenauflager nicht mehr eingebaut werden kann. Andererseits führen die über den Längsträger verteilten Schienenauflagerelemente zu einer unerwünscht großen Längsträgerbreite, die das Unterstopfen dieser Bauteile erschwert.

[0010] Aus der DE 198 42 312 C1 ist es bekannt, die ungünstige Wirkung von mehr als zwei Schienenauflagern auf einem Längsträger durch eine Kombination zweier äußerer, harter Schienenauflagerelement und einem sehr weichen, vorgespannten Zwischenauflagerelement zu vermeiden. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass diese Ausführungsart zu einer erhöhten Luftschallemission führt, weil die sehr weiche Zwischenlage als schwingungsdämpfendes Element versagt. Der Ersatz der weichen Zwischenlage durch eine härtere ist aber erfahrungsgemäß nicht möglich, da es bisher nicht mit vertretbarem Aufwand möglich ist, Rahmenschwellen mit einer ausreichenden Genauigkeit herzustellen. Insbesondere können bei der bisher üblichen Herstellung von Rahmenschwellen aus Spannbeton mit dem Verfahren der Sofortentschalung die notwendigen kleineren Betontoleranzen nicht eingehalten werden.

[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Rahmenschwelle für eine Gleisstruktur zu schaffen, die für den Einsatz bei hoher Beanspruchung, insbesondere für Gebirgsstrecken mit engen Kurvenradien, geeignet ist und dabei so kostengünstig herstellbar ist, dass sie auch für den Einsatz bei Strecken mit geringer Belastung in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rahmenschwelle zu schaffen.

[0012] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 13 gelöst.

[0013] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung von wenigstens zwei Schienenbefestigungen in jedem Kreuzungsbereich der jeweils zwei Querschwellen und Längsträger hohe Klemmkräfte selbst dann erzeugt werden können, wenn übliche Schienenbefestigungen und übliche Schienenauflagerelemente verwendet werden, wie sie auch bei reinen Querschwellen eingesetzt werden. Durch das Vorsehen der Schienenbefestigungen in den Kreuzungsbereichen liegen diese so nah beabstandet, dass nach wie vor von einer quasi-statischen Lagerung gesprochen werden kann, auch wenn in jedem Kreuzungsbereich wenigstens zwei Schienenbefestigungen vorgesehen sind. Hierdurch wird ein Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagern unter Belastung auch bei mehr als zwei Auflagerflächen über die Länge eines Längsträgers vermieden.

[0014] Nach einer Ausführungsform kann sich die wenigstens eine Auflagefläche, auf welcher die jeweilige Schiene unter Zwischenlage von wenigstens einem elastischen Schienenauflagerelement montiert wird, im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung des Kreuzungsbereichs in Schienenrichtung erstrecken. Selbstverständlich kann die Auflagefläche in Schienenrichtung jedoch auch in mehrere separate Auflageflächen unterteilt sein. Beispielsweise kann jeder Kreuzungsbereich eine der Anzahl der montierbaren Schienenbefestigungen entsprechende Anzahl von Auflageflächen aufweisen, wobei vorzugsweise jede Position für eine Schienenbefestigung, in Schienenrichtung gesehen, im Bereich einer Auflagefläche liegt

[0015] Nach der bevorzugten Ausführungsform kann die Vorspannung der Rahmenschwelle so ausgebildet sein, dass die Kreuzungsbereiche in zwei Achsen, nämlich sowohl in Richtung des jeweiligen Längsträgers als auch in Richtung der jeweiligen Querschwelle vorgespannt sind.

[0016] Die Punkte aller jeweils einer Schiene zugeordneter Auflageflächen weisen vorzugsweise einen maximalen Abstand von 0,5 mm von einer Bezugsebene auf, welche sich dadurch ergibt, dass eine Schiene mit gedacht ideal ebener Unterseite auf die Auflageflächen aufgelegt wird, wobei die Unterseite die Bezugsebene bildet. Hierdurch wird es ermöglich, Schienenauflagerelemente einzusetzen, die eine verhältnismäßig hohe Federziffer aufweisen.

[0017] In der bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Rahmenschwelle einen Abstand zwischen den Achsen der Querschwellen von 55 cm bis 70 cm auf. Damit ergeben sich Abmessungen für die gesamte Schwelle, die es einerseits ermöglichen, dass die Schwelle auch noch in engen Kurven verwendbar ist und den geforderten Durchbiegungen der Schienen bei einer Belastung durch die Räder von Schienenfahrzeugen noch ausreichend flexibel folgen kann. Andererseits ergibt sich durch die wenigstens zwei Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich auch noch bei diesem üblichen Schienenabstand eine so große Klemmkraft, dass extrem hohe Belastungen ohne eine Verwerfung der Schienen bzw. der Gleisstruktur sicher aufgenommen werden können.

[0018] Die Rahmenschwellen nach der Erfindung können zu vorkonfektionierten Rahmenschwelleneinheit vormontiert werden, die jeweils aus einer Rahmenschwelle und wenigstens einer pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenbefestigung sowie wenigstens einem pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenauflagerelement bestehen. Damit ergibt sich eine vereinfachte Montage einer Gleisstruktur unter Verwendung solch vormontierter Rahmenschwelleneinheiten.

[0019] Bei einer Gleisstruktur nach der Erfindung ist in jedem Kreuzungsbereich entweder ein einziges Schienenauflagerelement (5') mit einer Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm vorgesehen oder es sind in jedem Kreuzungsbereich mehrere Schienenauflagerelemente (5) vorgesehen, wobei die gesamte, durch die Parallelschaltung der Federziffern der mehreren Schienenauflagerelemente (5) entstehende gesamte Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm liegt, wobei die mehreren Schienenauflagerelemente (5) vorzugsweise gleich große Federziffern aufweisen.

[0020] Mit den erfindungsgemäßen Rahmenschwellen bzw. Rahmenschwelleneinheiten lässt sich eine Gleisstruktur so realisieren, dass in der Gleisstruktur, die hohen Belastungen ausgesetzt ist, insbesondere in Abschnitten, die eine große Steigung und/oder enge Kurvenradien aufweisen und/oder die großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Rahmenschwellen mit wenigstens zwei Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich vorgesehen sind. In Abschnitten der Gleisstruktur, die niedrigen Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere in Abschnitten, die eine geringe oder keine Steigung und/oder große oder keine Kurvenradien aufweisen und/oder die kleinen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, können dagegen die selben Rahmenschwellen mit nur einer einzigen Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich vorgesehen sein. Dabei können die Rahmenschwellen so ausgebildet sein, dass die Schienenbefestigungen so montierbar bzw. vormontiert sind, dass die Position, an der erforderlichenfalls die einzige Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich montiert wird, zwischen den Positionen liegt, an denen erforderlichenfalls zwei oder mehrere Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich montiert werden.

[0021] Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle sind vor allem darin zu sehen, dass:

1. für alle Einsatzbereiche der Rahmenschwelle sowohl in Gebirgsstrecken wie in Flachlandstrecken nur ein einziger Schwellentyp verwendet werden kann. Die Elemente der Schienenbefestigungen und Schienenauflager sind dank der beschränkten Schwellenlänge in Gleisrichtung die gleichen wie im bekannten Querschwellengleis. Die damit verbundenen Vereinfachungen in Produktion, Lagerhaltung und Verlegung führen zu erheblichen Kosteneinsparungen.

2. die Schwelle hauptsächlich im Werk, aber auch auf der Baustelle mit der notwendigen Anzahl von Schienenbefestigungen ausgerüstet werden kann. Damit verbessert sich die Anpassung an unvorhergesehene Planungsänderungen.

3. alle Einbauteile der Schienenbefestigungen sich innerhalb der Kreuzungsbereiche der vorgespannten Querschwellen und Längsträger befinden, d.h., sie liegen in einer zweiachsig gedrückten Betonzone. Eine mögliche Rissbildung im Beton rings um die Einbauteile wird dadurch verhindert. Wegen der Konzentration der Schienenbefestigungen auf den Kreuzungsbereich kann außerdem die Breite von Querschwellen und Längsträgern unabhängig vom Platzbedarf der Schienenbefestigungen frei gewählt werden.

4. nur mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der "Frühentschalung" die erfindungsgemäße Rahmenschwelle in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann. Das Verfahren führt durch die Teilerhärtung des Betons in der Schalungsform zu einer hohen Maßgenauigkeit der insgesamt acht Schienenauflagerflächen einer Schwelle in Bezug auf Höhenlage und Ebenheit.

[0022] Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer derartigen Rahmenschwelle zeichnet sich dadurch aus, dass die in einer entsprechenden Schalungsform frisch betonierte Rahmenschwelle nicht sofort entschalt wird, sondern erst nach Erreichen einer ersten Erhärtungsstufe des Betons, die Verformungen des Betonkörpers ausschließt. Hierdurch lassen sich die geforderten engen Toleranzen zwischen den Auflagerflächen der Rahmenschwelle pro Schiene ohne Nachbearbeitung der Schwelle erreichen.

[0023] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die bei der bisher üblichen sofortigen Entschalung der Schwellen zur Stützung des frischen Betons unter den Spannrahmen üblicherweise benutzten Unterlagsbleche oder Paletten entfallen können. Da außerdem die Formen und Spannrahmen beim Entschalen der Schwellen nicht mehr gedreht werden, ist auch das spätere Zurückdrehen dieser Fertigungseinrichtungen durch entsprechende Drehvornchtungen nicht mehr erforderlich.

[0024] Weitere Ausführungsformen der Rahmenschwelle oder Rahmenschwelleneinheit oder des Verfahrens zur Herstellung derartiger Rahmenschwellen nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0025] Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit zwei Schienenbefestigungen bzw. vier elastischen Federelementen und zwei Schienenauflagerelementen in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgern;

Fig. 2

eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit zwei Schienenbefestigungen und zwei, zu einem einstückigen Element zusammengefassten Schienenauflagern in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgern;

Fig. 3

eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit einer mittigen Schienbefestigung und zwei Schienenauflagern in jedem Kreuzungsbereich;

Fig. 4

einen Schnitt längs der Achse eines Längsträgers gemäß Fig. 1;

Fig. 5

verschiedene Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Rahmenschwelle nach den Fig. 1 bis 4.

[0026] In Fig. 1 ist eine Rahmenschwelle bekannter Art mit zwei Querschwellen 1 und zwei Längsträgern 2 dargestellt, deren Kreuzungsbereiche so vergrößert worden sind, dass erfindungsgemäß wenigstens zwei, vorzugsweise auch bei bisher bekannten Gleisstrukturen verwendete Schienenbefestigungen nebeneinander angeordnet werden können und trotzdem der Spannungsfluss in den Querschwellen 1 und Längsträgern 2 nur geringfügig gestört wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind genau 2 Schienenbefestigungen und zwei Schienenauflagerelemente 5 dargestellt. Selbstverständlich können jedoch auch mehr als zwei Schienenbefestigungen oder auch, unabhängig von der Anzahl der Schienenbefestigungen, jede beliebige Anzahl von Schienenauflagerelementen vorgesehen werden. In der Praxis kann es aus wirtschaftlichen Gründen, beispielsweise aus Gründen einer reduzierten Lagerhaltung, jedoch angezeigt sein, zwei Schienenauflagerelemente zu verwenden, wie sie bisher bei bekannten Gleisstrukturen bereits eingesetzt werden. Insbesondere kann pro Schienenbefestigung ein Schienenauflagerelement so vorgesehen werden, dass das betreffende Schienenauflagerelement im Bereich zwischen Schiene und Schwellenrahmen liegt, in dem auch die durch die Schienenbefestigungen erzeugten Klemmkräfte wirken.

[0027] Gegenüber bekannten Ausführungsarten der Rahmenschwelle mit nur einer Schienenbefestigung und einem Schienenauflager in jedem Kreuzungsbereich hat sich hier also die Anzahl der Schienenbefestigungen und Schienenauflager verdoppelt. Das bedeutet, dass die zwischen Schienen und Schwellen übertragbaren Kräfte und damit die Trägerrostwirkung sich ebenfalls verdoppeln.

[0028] Diese Ausführungsart ist für höchste Anforderungen vorgesehen. Damit können auch erhöhte Temperaturen in der Schiene infolge der in modernen Zügen eingesetzten Wirbelstrombremse problemlos aufgenommen werden. Enge Bogen bis 200 m Radius lassen sich ohne Gefahr von Gleisverwerfungen mit durchgehend geschweißten Schienen ausführen.

[0029] In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Auflagerausbildung dargestellt, bei der die zwei Schienenauflagerelemente 5 in einem Kreuzungsbereich zu einem einstückigen Schienenauflagerelement 5' zusammengefasst sind. Diese Ausführungsform kann zu einer Vereinfachung bei der Herstellung und Montage der elastischen Zwischenlagen beitragen.

[0030] Fig. 3 zeigt eine kostengünstige Ausführungsform der Rahmenschwelle nach den Fig. 1 oder 2 für Strecken mit nur geringer Belastung, beispielsweise Flachlandstrecken. In solchen Fällen genügt es, anstelle von zwei oder mehreren Schienenbefestigungen nur eine Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich vorzusehen. Es können jedoch nach wie vor zwei Schienenauflager 5 zwischen Schiene und Schwellenrahmen angeordnet sein. Diese Ausführungsart führt zu verminderten Kosten bei der Schienenbefestigung. Jedoch kann ein und derselbe Schwellenrahmen für Strecken mit hoher und Strecken mit geringer Belastung eingesetzt werden.

[0031] Die Vorkehrungen zur Montage der Schienenbefestigungen, beispielsweise in der Schwellenform in jedem Kreuzungsbereich vorgesehene Bohrungen oder Dübel, können bereits werksseitig bei der Herstellung der Schwellenformen getroffen werden. Wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, kann beispielsweise ein einziger Schwellenrahmentyp hergestellt werden, der in jedem Kreuzungsbereich, in Längsrichtung der zu montierenden Schiene gesehen, drei Positionen für jeweils eine Schienenbefestigung beiderseits der zu montierenden Schiene aufweist. Damit lassen sich alle in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Montageweisen realisieren. In Fig. 3 stellen die nicht ausgefüllten Punkte die Positionen für Schienenbefestigungen dar, die in diesem Fall nicht belegt sind.

[0032] Fig._4 zeigt einen vertikalen Schnitt längs der Achse eines Längsträgers 2 gemäß Fig. 1 mit der Anordnung von jeweils zwei Schienenbefestigungen in der verbreiterten Auflagerfläche eines Kreuzungsbereichs. In der Mitte des Längsträgers 2 befindet sich zwischen Schiene 3 und Schwelle eine Montageausnehmung 6 in auf der Oberseite des Längsträgers 2 zum Einbau von Gussformen für Schienenschweißungen bei einem eventuellen Bruch der Schiene im Betrieb.

[0033] Um ein Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagern 5 in Fig. 2 zu vermeiden, müssen die Elastizität der Schienenauflagerelemente 5 und die Höhentoleranzen zwischen den vier Auflagerflächen längs einer Schiene 3 aufeinander abgestimmt sein. Die erfindungsgemäße Ausführungsart sieht Federziffern von 50 bis 80 KN/mm für jedes einzelne Schienenauflagerelement 5 und Höhentoleranzen von maximal 0,5 mm zwischen den Auflagern einer Schwelle pro Schiene vor. Die Toleranzen sind dabei so definiert, dass bei einem gedachten Auflegen einer Schiene mit vollkommen ebener Unterseite auf die Auflagerflächen des Schwellenrahmens (ohne Schienenauflagerelemente) ein maximaler Abstand von 0,5 mm von jedem Punkt der Auflagerflächen bis zu der durch die Unterseite der Schiene definierten Ebene besteht.

[0034] Das Befestigen der Schienen erfolgt mit üblichen Schienenbefestigungen mit Andruckskräften von ca. 17 bis 25 KN, so dass sich pro Schienenbefestigung bei einem angenommenen Reibwert von 0,5 eine Kraft von ca. 8,5 KN ergibt, die in Richtung der Schiene aufgenommen werden kann, bevor die Schiene beginnt, gegen über dem Schwellenrahmen durchzurutschen.

[0035] Nach dem Stand der Technik erfordert die Herstellung einer Rahmenschwelle wegen der hohen Kosten für die aufwendigen Schalungsformen den Einsatz der Sofortentschalung, um die Anzahl der Formen zu verringern und die ständig notwendige Maßkontrolle der Formen einzuschränken. Bei der Sofortentschalung werden die hergestellten Schwellen sofort nach dem Betonieren aus der Form entschalt.

[0036] Hierdurch sind aber die erforderlichen Höhentoleranzen von maximal 0,5 mm in den vier Auflagerflächen eines Längsträgers mit dem Verfahren der Sofortentschalung nicht einzuhalten, weil geringe Verformungen des frisch entschalten Betons beim innerbetrieblichen Transport kaum zu vermeiden sind.

[0037] Neben den vorgenannten wirtschaftlichen Überlegungen wurde zur Herstellung von Rahmenschwellen das Verfahren des Sofortentschalens auch aus dem technischen Grund gewählt, dass ein Spätentschalen mit vertretbarem Aufwand kaum möglich ist. Beim Spätentschalen wird die Spannbetonschwelle erst nach einer Aushärtezeit von ca 24 Stunden aus der Form genommen. Während dieser langen Aushärtezeit tritt jedoch bereits der Schwund des Betons in allen drei Raumrichtungen, insbesondere in Längsrichtung der Längsträger und Querschwelle ein. Damit wäre eine Form erforderlich, die einen derartigen Schwund spannungsfrei ermöglicht. Dies ist in der Praxis jedoch kaum durchführbar.

[0038] Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der Frühentschalung als neuer Teil des bekannten Spannrahmenverfahrens wird die Schwelle erst nach Erreichen einer Betonfestigkeit von ca. 5-10 N/mm² aus der Form gehoben, so dass damit nachträgliche Betonverformungen ausgeschlossen werden. Diese Betonfestigkeit ist nach ca. drei bis vier Stunden Aushärtezeit erreicht. Die in der Schalungsform vorhandenen und laufend kontrollierten Auflagerhöhen werden auf diese Weise ohne Änderung auf die Schwelle übertragen.

[0039] Da die erste Erhärtungsphase des Betons mehrere Stunden dauert, ist zwar eine erhöhte Anzahl von Formen notwendig, um das Betonieren weiterer Schwellen während der Erhärtungsphase fortsetzen zu können. Die dabei erreichte Maßgenauigkeit der Schwellen ist aber in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhafter als der damit verbundene Anstieg der Formenkosten.

[0040] Fig. 5 zeigt zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensphasen die Betoniereinrichtung. Zunächst werden, wie in Fig. 5a dargestellt, die Spannrahmen 9 mit den darin befestigten, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Spannstäben 10 von oben in die Schalungsform 8 eingelegt, wobei die Spannstäbe 10 durch vertikale Schlitze in der Schalungsform 8 nach unten geführt werden. Die Schwellen werden danach durch das Einbringen einer geeigneten Betonmischung in die Schalungsformen 8 in Überkopflage betoniert.

[0041] Wie aus Fig. 5b hervorgeht, wird die Schwelle nach der ersten Erhärtungsphase des Betons, d.h. nach einigen Stunden, zusammen mit dem Spannrahmen 9 nach oben "frühentschalt". Wegen der schon vorhandenen Betonfestigkeit entfällt das von der Sofortentschalung bekannte Drehen von Schwelle und Form und das Absetzen der frischen Schwellen auf spezielle Unterlagen, Paletten genannt. Die weitere Härtung des Betons erfolgt in der Weise, dass mehrere Schwellen mit ihren zugehöriger Spannrahmen 9 zu kastenartigen Stapeln gemäß Fig. 6c übereinandergelegt werden.

[0042] Nach Abschluss der Erhärtung werden die Spannstäbe 10 in einer speziellen Entspannanlage von den Spannrahmen 9 und den Schwellen gelöst; die Schwellen werden dann, wie in Fig. 5d gezeigt, nach oben ausgehoben und erst in dieser Phase in die Normallage umgedreht.

Ansprüche

1. Einstückige Rahmenschwelle aus Spannbeton,

a) bestehend aus zwei Querschwellen und zwei unter den Schienen verlaufenden Längsträgern,

b) wobei jeder der vier Kreuzungsbereiche von Querschwellen (1) und Längsträgern (2) wenigstens eine ebene Auflagefläche zur Auflage wenigstens eines elastischen Schienenauflagerelements (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,

c) dass die Rahmenschwelle hinsichtlich der Geometrie, der Materialbeschaffenheit und der Vorspannung so dimensioniert ist, dass auf jedem Kreuzungsbereich wenigstens zwei Schienenbefestigungen an vorgegebenen Montagepositionen entlang der zu befestigenden Schiene, welche jeweils zwei elastische Federelemente (4) umfassen, montierbar sind,

d) wobei in jedem Kreuzungsbereich an drei unterschiedlichen Montagepositionen entlang der zu befestigenden Schiene Vorkehrungen zur Befestigung jeweils einer der Schienenbefestigung en vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass die beiden in Längsrichtung der Schiene äußeren Positionen gleichzeitig mit jeweils einer Schienenbefestigung belegbar sind.

2. Rahmenschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Auflagefläche im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung des Kreuzungsbereichs in Schienenrichtung erstreckt.

3. Rahmenschwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kreuzungsbereich eine der Anzahl der montierbaren Schienenbefestigungen entsprechende Anzahl von Auflageflächen aufweist, wobei vorzugsweise jede Position für eine Schienenbefestigung, in Schienenrichtung gesehen, im Bereich einer Auflagefläche liegt.

4. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Rahmenschwelle so ausgebildet ist, dass die Kreuzungsbereiche in zwei Achsen, nämlich sowohl in Richtung des jeweiligen Längsträgers als auch in Richtung der jeweiligen Querschwelle vorgespannt sind.

5. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte aller jeweils einer Schiene zugeordneter Auflageflächen einen maximalen Abstand von 0,5 mm von einer Bezugsebene aufweisen, welche sich dadurch ergibt, dass eine Schiene mit gedacht ideal ebener Unterseite auf die Auflageflächen aufgelegt wird, wobei die Unterseite die Bezugsebene bildet.

6. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kreuzungsbereichen jeweils eine vorzugsweise mittige Ausnehmung (6) ausgebildet ist, welche als Montageöffnung für Schienenschweißungen dient.

7. Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Achsen der Querschwellen 55 cm bis 70 cm beträgt.

8. Rahmenschwelleneinheit, bestehend aus einer Rahmenschwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einer pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenbefestigung sowie wenigstens einem pro Kreuzungsbereich vormontierten Schienenauflagerelement (5).

9. Gleisstruktur, bestehend aus mehreren Rahmenschwellen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und zwei darauf montierten Schienen, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Rahmenschwelle jede Schiene in jedem Kreuzungsbereich mit wenigstens einer Schienenbefestigung gehalten ist, wobei in jedem Kreuzungsbereich zwischen der Unterseite der betreffenden Schiene und der betreffenden wenigstens einen ebenen Auflagefläche wenigstens ein elastisches Schienenauflageelement vorgesehen ist.

10. Rahmenschwelleneinheit nach Anspruch 8 oder Gleisstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kreuzungsbereich entweder ein einziges Schienenauflagerelement (5') mit einer Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm vorgesehen ist oder dass in jedem Kreuzungsbereich mehrere Schienenauflagerelemente (5) vorgesehen sind, wobei die gesamte, durch die Parallelschaltung der Federziffern der mehreren Schienenauflagerelemente (5) entstehende gesamte Federziffer im Bereich von 100 bis 160 KN/mm liegt, wobei die mehreren Schienenauflagerelemente (5) vorzugsweise gleich große Federziffern aufweisen.

11. Rahmenschwelleneinheit nach Anspruch 8 oder 10 oder Gleisstruktur nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schienenauflagerelement eine Federziffer im Bereich von 50 bis 80 KN/mm aufweist.

12. Gleisstruktur nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abschnitten der Gleisstruktur, die hohen Belastungen ausgesetzt ist, insbesondere in Abschnitten, die eine große Steigung und/oder enge Kurvenradien aufweisen und/oder die großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Rahmenschwellen mit wenigstens zwei Schienenbefestigungen pro Kreuzungsbereich vorgesehen sind und dass in Abschnitten der Gleisstruktur, die niedrigen Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere in Abschnitten, die eine geringe oder keine Steigung und/oder große oder keine Kurvenradien aufweisen und/oder die kleinen oder Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Rahmenschwellen mit nur einer einzigen Schienenbefestigung pro Kreuzungsbereich vorgesehen sind.

13. Verfahren zur Herstellung einer Rahmenschwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Betonieren der Rahmenschwelle in Überkopflage in einer Schalungsform (8), in welche zur Erzeugung einer Vorspannung mit direktem Verbund in Spannrahmen (9) unter Spannung gehaltene Spannstäbe (10) eingebracht werden;

b) Erhärten der betonierten Schwelle in der Schalungsform (8), bis eine erste Erhärtungsstufe des Betons erreicht wird, die Verformungen des Betonkörpers ausschließt;

c) Entschalen der Schwelle in Überkopflage durch Ziehen der Schwelle und des Spannrahmens nach oben;

d) Lagern der entschalten Schwelle im Spannrahmen (9) bis zur endgültigen Erhärtung des Betons;

e) Übertragung der Spannkräfte auf die erhärtete Schwelle in Überkopflage;

f) Drehen der Schwelle die in die Normallage nach deren Trennung vom Spannrahmen (9).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer zweiachsigen Bewehrung in Querschwellen und Längsträgem Spannstäbe (10) in der Schalungsform (8) zumindest in entsprechenden Bereichen der Schalungsform in Quer- und Längsrichtung eingesetzt und im Spannrahmen (9) fixiert werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entschalen der Schwelle zur weiteren Härtung des Betons mehrere Schwellen mit ihren zugehöriger Spannrahmen (9) zu kastenartigen Stapeln übereinander gelegt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erhärtungsstufe des Betons erreicht ist, wenn die Schwelle eine Betonfestigkeit von ca. 5 bis 10 N/mm² aufweist.

Claims

1. A single-unit frame sleeper made of prestressed concrete

a) consisting of two cross-ties and two longitudinal supports,

b) with each of the four areas at which the cross-ties (1) cross the longitudinal supports (2) exhibiting at least one level bearing surface to bear at least one elastic rail-bearing element (5),
characterised by

c) a frame sleeper, which in its geometry, material make-up and the prestressing is dimensioned such that at least two rail fasteners can be mounted on each crossing area at specified mounting positions along the rail to be fastened, each of which has two elastic spring elements (4),

d) wherein provisions for mounting one rail fastener each have been taken in each crossing area at three different mounting positions along the rail to be fastened, arranged such that the two outer positions in the longitudinal direction of the rail can be engaged by one rail fastener each at one and the same time.

2. A frame sleeper according to claim 1, characterised by at least one bearing surface essentially extending over the entire length of the crossing area in the direction of the rail.

3. A frame sleeper according to claim 1, characterised by each crossing area exhibiting a number of bearing surfaces that equals the number of mountable rail fasteners, wherein each position for fastening a rail preferably lies in the area of the bearing surface when looking in the direction of the rail.

4. A frame sleeper according to one of the preceding claims, characterised by the prestressing of the frame sleeper being designed such that the crossing areas are prestressed biaxially, i.e. both in the direction of the respective longitudinal support and in the direction of the respective cross-tie.

5. A frame sleeper according to one of the preceding claims, characterised by the points of all bearing surfaces being assigned to one rail having a maximum clearance of 0.5 mm from the reference level, which results by placing one rail with a theoretically ideal underside on the bearing surface with the underside forming the reference level.

6. A frame sleeper according to one of the preceding claims, characterised by a preferentially central recess (6) being provided in each case between the crossing areas that serves as mounting aperture for rail welding work.

7. A frame sleeper according to one of the preceding claims, characterised by the clearance of the axes of the cross-ties measuring between 55 cm and 70 cm.

8. A frame sleeper unit, consisting of one frame sleeper according to one of the preceding claims and at least one rail fastener pre-mounted for each crossing area and at least one rail-bearing element (5) pre-mounted for each crossing area.

9. A track structure, consisting of several frame sleepers according to one of claims 1 through 7 and two rails mounted thereon, characterised by each frame sleeper holding each rail at each crossing area with at least one rail fastener, with at least one elastic rail-bearing element being provided at each crossing area between the underside of the rail concerned and at least one level bearing area.

10. A frame sleeper unit according to claim 8 or a track structure according to claim 9, characterised by either one single rail-bearing element (5') with a stiffness of between 100 and 160 KN/mm being provided at each crossing area or several rail-bearing elements (5) being provided at each crossing area, wherein the overall stiffness resulting from the parallel arrangement of the stiffness values of the several rail-bearing elements (5) ranges between 100 and 160 KN/mm, with the several rail-bearing elements (5) exhibiting equal stiffness values.

11. A frame sleeper unit according to claim 8 or 10 or a track structure according to claim 9 or 10, characterised by each rail-bearing element exhibiting a stiffness ranging from 50 to 80 KN/mm.

12. A track structure according to claim 9 or 10, characterised by frame sleepers with at least two rail fasteners per crossing area being provided in the sections of the track structure exposed to high stress, particularly in the sections exhibiting a high gradient and/or narrow curve radii and/or exposed to large temperature fluctuations, and frame sleepers with only one single rail fastener per crossing area being provided in sections of the track structure exposed to low stress, particularly in sections exhibiting a low gradient and/or large or no curve radii and/or exposed to small temperature fluctuations.

13. A method of manufacturing a frame sleeper according to claims 1 through 8, with the following procedural steps:

a) concrete casting of the frame sleeper in a mould (8) in upside-down position, into which tension rods (10) have been introduced in order to produce pretension with direct bonding in a clamping frame (9);

b) curing of the concrete cast sleeper in the mould (8) until a first curing stage of the concrete is reached that excludes any distortion of the concrete structure;

c) stripping of the sleeper in upside-down position by pulling the sleeper and
the clamping frame upward;

d) positioning of the stripped sleeper in the clamping frame (9) until the concrete has cured completely;

e) transmission of the tensile forces onto the cured sleeper in upside-down position;

f) turning of sleeper into normal position after complete separation from the clamping frame (9).

14. A method according to claim 13, characterised by the installation of tension rods (10) in the mould (8), at least in the appropriate areas of the mould, in order to ensure biaxial reinforcement in transverse and longitudinal direction and fixation in the clamping frame (9).

15. A method according to claim 13 or 14, characterised by placing several sleepers - once they have been stripped - with their corresponding clamping frames (9) on top of each other to form box-like stacks for the purpose of further curing.

16. A method according to claims 13 through 15, characterised by reaching the first curing stage of the concrete when the concrete of the sleeper exhibits a strength of approx. 5 to 10 N/mm².

Revendications

1. Traverse de châssis monobloc en béton précontraint,

a) constituée de deux longrines transversales et de deux longrines longitudinales s'étendant sous les rails,

b) chacune des quatre zones d'intersection des longrines transversales (1) et des longrines longitudinales (2) présentant au moins une surface d'appui plane pour la pose d'au moins un élément support de rail élastique (5),
caractérisée en ce que,

c) la traverse de châssis est dimensionnée, eu égard à la géométrie, à la nature des matériaux et à la prétension, de sorte qu'on peut monter sur chaque zone d'intersection au moins deux fixations de rail sur des positions de montage prédéfinies le long du rail à fixer, comprenant respectivement deux éléments ressort élastiques (4),

d) des aménagements étant prévus dans chaque zone d'intersection sur trois positions de montage différentes le long du rail à fixer pour la fixation d'une des fixations de rail respectivement et disposés de telle sorte que les deux positions extérieures dans le sens longitudinal du rail puissent recevoir simultanément une fixation de rail respectivement.

2. Traverse de châssis selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'au moins une surface d'appui s'étend essentiellement sur toute la surface de la zone d'intersection dans le sens du rail.

3. Traverse de châssis selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque zone d'intersection présente un nombre de surfaces d'appui correspondant au nombre de fixations de rail pouvant être montées, chaque position pour une fixation de rail se situant de préférence dans la zone d'une surface d'appui, vu dans le sens du rail.

4. Traverse de châssis selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la prétension de la traverse de châssis est réalisée de sorte que les zones d'intersection sont précontraintes selon deux axes, en l'occurrence aussi bien dans le sens de la longrine longitudinale respective que dans le sens de la longrine transversale respective.

5. Traverse de châssis selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les points de toutes les surfaces d'appui affectées respectivement à un rail présentent une distance maximale de 0,5 mm par rapport à un niveau de référence, lequel est obtenu à partir d'un rail conçu idéalement avec une face inférieure plane qui est posé sur les surfaces d'appui, la face inférieure représentant le niveau de référence.

6. Traverse de châssis selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'entre les zones d'intersection respectivement un creux (6) de préférence centré est formé, lequel sert d'orifice de montage pour des soudures de rails.

7. Traverse de châssis selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre les axes des longrines transversales se situe entre 55 cm et 70 cm.

8. Unité de traverse de châssis, constituée d'une traverse de châssis selon l'une des revendications précédentes et d'au moins une fixation de rail prémontée par zone d'intersection ainsi que d'au moins un élément support de rail (5) prémonté par zone d'intersection.

9. Structure de voie constituée de plusieurs traverses de châssis selon l'une des revendications 1 à 7 et de deux rails montés dessus, caractérisée en ce que, sur chaque traverse de châssis, chaque rail est maintenu avec au moins une fixation de rail dans chaque zone d'intersection, au moins un élément support de rail élastique étant prévu dans chaque zone d'intersection entre la face inférieure du rail concerné et l'au moins une surface d'appui plane concernée.

10. Unité de traverse de châssis selon la revendication 8 ou structure de voie selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'il est prévu soit un seul élément support de rail (5) dans chaque zone d'intersection avec une rigidité se situant dans une plage allant de 100 à 160 kN/mm, soit plusieurs éléments supports de rail (5) dans chaque zone d'intersection, la rigidité totale résultant de l'addition des rigidités des plusieurs éléments supports de rail (5) se situant dans une plage allant de 100 à 160 kN/mm, les plusieurs éléments supports de rail (5) présentant de préférence des rigidités de même valeur.

11. Unité de traverse de châssis selon la revendication 8 ou 10 ou structure de voie selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que chaque élément support de rail présente une rigidité de 50 à 80 KN/mm.

12. Structure de voie selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que des traverses de châssis avec au moins deux fixations de rail par zone d'intersection sont prévues dans les sections de la structure de voie qui sont soumises à d'importantes sollicitations, notamment dans les sections qui présentent une forte rampe et/ou des courbes de petit rayon et/ou qui sont soumises à de fortes variations de température, et en ce que des traverses de châssis avec une seule fixation de rail par zone d'intersection sont prévues dans les sections de la structure de voie qui sont soumises à de faibles sollicitations, notamment dans les sections qui présentent une faible pente ou aucune et/ou des courbes de grand rayon ou aucune et/ou qui sont soumises à de faibles variations de température.

13. Procédé de production d'une traverse de châssis selon l'une des revendications 1 à 8, comportant les étapes suivantes :

a) bétonnage de la traverse de châssis en position renversée dans un moule de coffrage (8), dans lequel sont introduits des tirants (10) maintenus sous tension dans des cadres de serrage (9) pour produire une prétension à précontrainte directe ;

b) prise de la traverse bétonnée dans le moule de coffrage (8) jusqu'à obtention d'un premier niveau de prise qui exclut les déformations du corps en béton ;

c) décoffrage de la traverse en position renversée effectué en tirant la traverse et le cadre de serrage vers le haut ;

d) stockage de la traverse décoffrée dans le cadre de serrage (9) jusqu'à la prise définitive du béton ;

e) transmission des forces de serrage à la traverse prise en position renversée ;

f) retournement de la traverse dans sa position normale une fois le cadre de serrage (9) ôté.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que des tirants (10) sont utilisés dans le moule de coffrage (8) au moins dans des zones correspondantes du moule de coffrage dans les sens transversal et longitudinal et fixés dans le cadre de serrage (9) pour produire une armature biaxiale dans les longrines transversales et les longrines longitudinales.

15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que, après le décoffrage de la traverse, on pose plusieurs traverses avec leur propre cadre de serrage (9) les unes sur les autres en piles telles des caisses gerbables pour un durcissement supplémentaire.

16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le premier niveau de prise du béton est atteint lorsque la traverse présente une résistance de béton d'env. 5 à 10 N/mm².

Zeichnung