Die Erfindung betrifft eine Bahnschwelle, wie sie für die Verlegung von Schienen und Gleisen Verwendung findet.
Im Eisenbahnbau sind Schwellen aus Holz, Beton, Stahl und Kunststoffmaterial bekannt. Ebenso sind unterschiedlichste Formen wie z.B. Monoblockschwellen, Zweiblockschwellen und Y-Schwellen bekannt. Des weiteren sind verschiedenartige Befestigungssysteme bekannt, bei denen es sich beispielsweise um Rippenplattenbefestigungen, Pandrolbefestigungen oder Befestigungen mit Winkelführungsplatten handelt.
Bahnschwellen weisen im Regelfall an ihren Enden angeordnete Schienenauflagebereiche auf, innerhalb derer die Schienen an ihren Schienenfüßen durch Niederhalteelemente fixiert sind. Um in Horizontalrichtung längs der Erstreckung der Bahnschwellen (d.h. quer zur Erstreckung der Schienen) in vergrößertem Maße Horizontalkräfte aufnehmen zu können, ist es bekannt, die Schienenauflagebereiche zu verbreitern. Beispiele derartiger Bahnschwellen finden sich in
Aufgabe der Erfindung ist es, die Auflage und Fixierung von Schienen auf Bahnschwellen mit verbreiterten Schienenauflagebereichen zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bahnschwelle vorgeschlagen, die versehen ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß weist also jeder verbreiterte Schienenauflagebereich drei Schienenauflageflächen auf, die in Erstreckung der Schiene nebeneinander liegend angeordnet sind. Diese drei Schienenauflageflächen sind beispielsweise als plane, in einer Ebene liegende Flächen ausgebildet, die gegenüber ihrer Umgebung erhaben sind, Die auf den Schienenauflageflächen aufliegende Schiene überspannt die Zwischenräume zwischen benachbarten Schienenauflageflächen. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Niederhalteelemente derart angeordnet sind, dass sie sich oberhalb des Bereichs zwischen jeweils zwei benachbarten Schienenauflageflächen befinden und über diese benachbarten Schlenenauflageflächen ragen. Dadurch kommt es zu einer zuverlässigen Niederhaltung der Schienenfüße auf die jeweils drei Schienenauflageflächen an jeweils einem Ende des Schwellenkörpers, wobei der Schienenfuß plan und flächig auf sämtlichen Schienenauflageflächen aufliegt. Dies wiederum ist vorteilhaft für die Aufnahme von quer zur Schiene wirkenden Horizontalkräften.
Alternativ können pro Gruppe von Schienenauflageflächen zwei oder vier Niederhalteelemente vorgesehen sein. Werden als Niederhalteelemente die an sich bekannten Federklammern eingesetzt, so können sich ihre Befestigungsschrauben seitlich des Zwischenraums zwischen jeweils zwei benachbarten Schienenauflageflächen befinden. Aber auch andere Niederhalteelemente, die mit Schrauben befestigt werden, lassen sich an diesen Stellen über die Schrauben mit dem Schwellenkörper verbinden. Werden vier Niederhalteelemente pro Dreiergruppe von Schienenauflageflächen verwendet, so liegen sich jeweils zwei Niederhalteelemente paarweise gegenüber. Werden lediglich zwei Niederhalteelemente verwendet, so sind diese diagonal gegenüberliegend angeordnet,
Innerhalb seiner verbreiterten Schienenauflagebereiche weist der Schwellenkörper eine größere Erstreckung quer zu seiner Längserstreckung auf. Um die damit seitlich überstehenden Bereiche des Schwellenkörpers stabilisieren zu können, ist es zweckmäßig, wenn unterhalb der Schienenauflagebereiche innerhalb des Schwellenkörpers jeweils mindestens ein Verstärkungsprofil verläuft. Dieses Verstärkungsprofil ist zweckmäßigerweise zentrisch zur Schienenachse angeordnet; werden mehrere Verstärkungsprofile, die dann vorzugsweise parallel zueinander verlaufen, pro Schienenauflagebereich verwendet, so sind diese mehreren Verstärkungsprofile symmetrisch und zentrisch zur Schienenachse angeordnet.
Eine recht gute Versteifung der verbreiterten Schienenauflagebereiche lässt sich dadurch realisieren, dass als Verstärkungsprofil ein Profil verwendet wird, das einen im wesentlichen rechtwinklig zu den Schienenauflageflächen verlaufenden Schenkel aufweist. Beispielsweise wird also als Verstärkungsprofil ein Winkelprofil, T-Profil oder U-Profil verwendet. Diese Arten von Profilen verleihen den Schienenauflagebereiche bzw. dem Schwellenkörper innerhalb seiner Schienenauflagebereiche eine große Stabilität und Versteifung.
Besonders zweckmäßig ist es, den Schwellenkörper als Zweiblock-Schwellenkörper auszuführen. Hierdurch nimmt die gesamte Bahnschwelle verstärkt Horizontalkräfte auf und leitet diese in das Schotterbett ab. Bei einem Zweiblack-Schwellenkörper sind erfindungsgemäß bzw. gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die zwei Blöcke untereinander durch ein Längsprofil verbunden. Dieses Längsprofil ist wiederum seinerseits mit den Verstärkungsprofilen verbunden. Die Zweiblock-Schwelle weist also ein Versteifungsgerippe aus einem Längsprofil und zwei quer dazu verlaufenden Verstärkungsprofilen an den Enden des Längsprofils auf.
Als Material für den Schwellenkörper kommt beispielsweise Beton oder Polymerbeton in Frage. Auf Grund der Verwendung von Verstärkungsprofilen unterhalb der verbreiterten Schienenauflagebereiche und des Längsprofils zwischen den beiden Blöcken einer als Zweiblock-Schwellenkörper ausgebildeten Bahnschwelle bietet es sich auch an, die beiden Blöcke aus Kunststoff zu fertigen. Hier eignet sich grundsätzlich jede Art von Kunststoff und insbesondere auch Recyclingkunststoff. Die Kunststoffblöcke sollten sich relativ zum Versteifungsgerippe aus Längsprofil und Verstärkungsprofilen bewegen können, da Kunststoff einen größeren Temperaturkoeffizienten aufweist als Metall, das für die Versteifungsprofile verwendet wird. Insoweit ist es von Vorteil, wenn die Versteifungsprofile (Längs- und/oder Verstärkungsprofile) glatte Oberflächen aufweisen, über die sich der Kunststoff bei seiner Ausdehnung bzw, bei seinem Zusammenziehen nach einer Ausdehnung "schieben" kann. Die Verstärkungsprofile sorgen, da sie zentrisch zu den Schienen angeordnet sind, für eine Zentrierung der Schienenauflagebereiche, so dass sich diese gegenüber den Schienen quer zu diesen nicht verschieben können. Die Verstärkungsprofile mit vorzugsweise rechtwinklig zu den Schienenauflageflächen verlaufenden Schenkeln sorgen für eine Fixierung der Schienenauflagebereiche, die bei einer Kunststoffschwelle aus Kunststoff bestehen, unterhalb der Schienenfüße.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, bei einer Zweiblock-Schwelle das Längsprofil zwischen den beiden Blöcken vor Korrosion zu schützten. Hier ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, den Bereich des Längsprofils zwischen den beiden Blöcken mit einem Kunststoffschaum, vorzugsweise einem PU-Schaum, um- bzw. auszuschäumen. Der Schaum hat den Vorteil, dass er bei einer Ausdehnung der Blöcke, wenn diese aus Kunststoff bestehen, nachgibt bzw. der temperaturbedingten Bewegung dieser Blöcke folgt. Überdies kann in den Schaum oberseitig der Bahnschwelle eine Aufnahmenut oder -vertiefung zur Aufnahme eines Linienleiters eingeformt werden, der aus Sicherheitsgründen für die Zugsteuerung bei für höhere Geschwindigkeiten zugelassenen Strecken vorgeschrieben ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen dabei:
Die erfindungsgemäße Bahnschwelle wird nachfolgend anhand ihrer Ausführung als Zweiblock-Schwelle aus Kunststoff beschrieben. Als Material wird insbesondere Recyclingkunststoff verwendet. Dieser ist in sehr großen Mengen vorhanden und für diesen Einsatz bestens geeignet. Außerdem lässt sich mit diesem Material ein hervorragender Kreislauf entwickeln, was besonders umweltfreundlich ist.
Dieser entwickelt sich wie folgt:
Die Zweibiockverbindung wird z.B. durch ein Winkeleisen, ein T-Profil, ein Rohrprofil oder ein Doppel-I-Profil hergestellt. Als Material hierfür sind aber auch andere Werkstoffe denkbar, wie z.B. Carbon, GFK, Keflar usw. Die Gesamtlänge der Bahnschwelle kann beliebig individuell wie z.B. 2,25 m, 2,40 m, 2,60 m oder in anderen gewünschten Längen für die unterschiedlichsten Gleisspuren produziert werden.
Für einen sicheren und langlebigen Betrieb der Gleisstrecke ist die Form der Schwelle, die Lastabtragungsfläche zum Schotter, die Kopffläche für die Horizontalkräfte und das Material für die Reduzierung der dynamischen Schwingungen von großer Bedeutung.
Als weiterer wichtiger Punkt ist die Form der Schienenauflagerung auf der Schwelle zu beachten. Für die Wirtschaftlichkeit eines Oberbausystems ist weiter die Zahl der Schwellen pro Kilometer Gleis und die Zahl der Befestigungsteile pro Gleiskilometer von Bedeutung. Alle vorgenannten Beurteilungskriterien sollen bei der Neukonstruktion Beachtung finden.
Die Zweiblockform wurde gewählt, um im Mittelbereich des Gleises eine auflagerfreie Zone zu erreichen, damit in Gleismitte kein "Reiten" der Schwellen entsteht. Das Verbindungselement der beiden Blöcke aus Stahl in der unterschiedlichsten Form oder anderen Materialien wird jeweils bis hinter den Auflagerbereich der Schienen und der Befestigungsmittel durchgeführt. Aus dieser Konstruktion ergibt sich, dass keine mittige Befestigung auf den Schwellen entsteht. Dies ist gewollt, Die Schwellenbreite wird aus dem Öffnungsmaß der Stopfmaschine abgeleitet. Hier ergibt sich vorzugsweise ein Maß von ca. 350 mm Breite. Die Schwellendicke soll vorzugsweise 160 mm betragen. Dies ist eine Anpassung an die vielzählig vorhandenen Gleise aus Holzschwellen. Hierdurch wird erreicht, dass bei einem Umbau des vorhandenen Gleises aus Holzschwellen keine Planumsabsenkug durchgeführt werden muss, wie es z.B. bei einer Umrüstung von Holz- auf Betonschwellen der Fall ist.
Hierdurch werden erhebliche Kosten eingespart.
Zur Optimierung der Auflagerflächen für die Schienen und der Flächen für die horizontale Lastabtragung auf dem Schotter ist erfindungsgemäß eine Verbreiterung der Schwelle unter der Schiene vorgesehen. Hieraus ergibt sich die Grundform der Schwelle 10, wie sie in
Durch die Verbreiterung der Schwelle unter den Schienen ergibt sich eine größtmögliche Widerstandsfläche gegen die Horizontalkräfte. Ferner kann durch die Verbreiterung der Schwelle eine fast durchgehende Auflagerung der Schienen erreicht werden. Als weiterer Vorteil kann durch diese Konstruktion eine sehr günstige Doppellagerung der Schiene auf der Schwelle konzipiert werden, wie es z.B. bei der Y-Stahlschwelle bekannt ist. Eine Dreifachlagerung der Schiene ist aus dieser Anordnung ebenfalls zu konstruieren.
Die Anordnung der Verstärkungsprofile 22 unter den Schienen 24 ergibt eine vielseitige Schienenbefestigungsmöglichkeit, wie es in den
Der Durchschubwiderstand der Schienen wird wesentlich von der Größe der Klemmkräfte in den Schienenbefestigungen bestimmt, da diese die Reibungskräfte zwischen Schiene und Schwelle ergeben. Dieser Durchschubwiderstand ist
Durch die Art der Schweilenkonstruktion entsteht ein sehr großer Auflagerbereich. Hieraus ist es möglich
Diese unterschiedlichen Befestigungsarten lassen sich
Die erfindungsgemäße Ausführungsform weist einen bevorzugten Abstand zwischen den Querschwellenachsen von 60 cm bis 90 cm auf. Damit ergeben sich Schwellenmaße, die es ermöglichen, die Schwelle auch in engen Kurven einzusetzen und dabei die Belastung aus dem Fahrzeuglauf optimal auf den Unterbau und in der Horizontalen abzutragen.
Die Art der Schwellenkonstruktion erlaubt ein Auseinanderrücken des Schwellenabstandes wie z.B.
Hieraus ergibt sich z.B.
Durch die Verbreiterung der Schwelle unter der Schiene ergibt sich keine Reduzierung der Auflagerfläche gegenüber der heute angewendeten Gleiskonstruktion.
Die Verbreiterung der Schwelle unter der Schiene ist bezüglich ihrer Stabilität konstruktiv optimiert. Hier wird zum Beispiel das vorhandene Verbindungs-Längsprofil 26 des Zweiblock-Schwellenkörpers 12 durch ein um 90° gedrehtes und mit diesem verschweißtes zusätzliches Stahlprofil aus T-Profil oder L-Profil als Verstärkungsprofil 22 verstärkt. Beispiele sind in den
Durch die Einlage von Eisenprofilen in freie Bereiche in unterschiedlichen Konfigurationen im Auflagerbereich ergibt sich eine optimale, statisch errechenbare Konstruktion. Diese verspricht eine lange Lebensdauer. Aber auch andere Materialien wie beispielsweise Kunststoff (GFK, Carbon, Keflar) sind hier denkbar (Korrosion). Als Korrosionsschutz für den freiliegenden mittleren Bereich des (Verbindungs-)Längsprofils 26 ist ein PU-Schaum 32 denkbar, was in den
Ein weiterer Vorteil des Kunststoffschaums 32 ist darin zu sehen, dass in ihm eine Aufnahmevertiefung 34 eingebracht sein kann, wie es in den
Das Material für die Blöcke 14 besteht auf beiden Seiten aus recyceltem Kunststoff. Dieses Material ist umfangreich erhältlich und für den weiteren Stoffkreislauf von Bedeutung. Mit diesem Material wird die gewünschte Festigkeit erreicht. Es hat folgende Materialeigenschaften, die durch gesteuerte Prozesse einsetzbar sind:
Mit der Entscheidung recycelten Kunststoff zu verwenden, ergibt sich ein breites Spektrum zur Materialoptimierung.
Durch die Beimischung von Altgummireifengranulat wird die Schwingungsdämpfung zusätzlich reduziert.
Durch die Beimischung von Stahlsintermaterial lässt sich das Schwellengewicht zur Reduzierung der Abhebekräfte optimieren.
Die Farbgebung der Schwelle kann leicht beeinflusst werden. → für beispielsweise Temperaturbeeinflussung, Markierungszwecke.
Der Brandschutz kann optimiert werden.
Bei Tunneleinbauten gibt es keine Geruchsbelästigung wie bei den getränkten Holzschwellen.
Das Material ist absolut feuchtigkeitsunempfindlich.
Eine lange Lebensdauer.
Schienenlagerkonstruktionen können eingeformt werden.
Das Material kann gesägt, gebohrt oder gefräst werden ohne besondere Werkzeuge.
Zur Erstverschraubung müssen keine zusätzlichen Dübel eingesetzt werden.
In den eingearbeiteten Schraubenlöchern kann während der Liegedauer der Schwellen kein Verrottungsprozess entstehen.
Die Besonderheiten des neuen Schwellentyps sind:
Durch die Materialwahl lassen sich an den unterschiedlichsten Stellen der Schwelle sehr einfach Bohrungen für Befestigungen von Zusatzteilen vorsehen, ohne die Statik und Festigkeit der Schwelle zu beeinflussen. So kann vorzugsweise auf der jeweiligen Innenseite der Schienen jeweils ein Entgleisungsschutzwinkel 36 in entsprechender Dimensionierung angebracht werden (siehe
Da das eingesetzte Material-Recyclingkunststoff ähnliche Eigenschaften wie eine Holzschwelle hat, diese Holzschwelle heute noch als Ausnahme in Ablaufbergen eingesetzt wird und da bis zu einem bestimmten Maß entgleisungsempfindlich ist, wird der Einsatz der neuen Schwelle in diesen Bereichen besonders interessant.
Durch die einfachen Formgebungsmöglichkeiten der Schwelle lassen sich Sonderkonstruktionen für die Auflagerung von
Die vorstehend beschriebenen Merkmale des neuen Schwellentyps können auch mit dem Werkstoff Beton erzielt werden. Dabei sollte der Beton - zusätzlich zu den Stahlprofilteilen - mit Fasern (Glasfasern, Stahlfasern oder Kunststofffasern) verstärkt werden. Eine weitere Verstärkung soll hierbei durch die Einlage einer schlaffen Bewehrung erreicht werden. Die Schienenbefestigungsschrauben sind bei dieser Konstruktion in einzubetonierende, bekannte Kunststoffdübel vorzusehen.
Die neue Schwellenkonstruktion ermöglicht bei einer erforderlichen Lastabtragungsfläche
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