Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft eine elastische Spannklemme mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Schienenbefestigungen in Form elastischer Spannklemmen sind seit langem bekannt und
haben sich in umfangreichem Einsatz bewährt.
[0003] In der Vergangenheit wurden auf Eisenbahnschwellen, insbesondere solchen aus Spannbeton,
Schienenbefestigungssysteme mit elastischen Federelementen eingesetzt, die in Draufsicht
W-förmig ausgeführt sind.
[0004] In der DE 32 43 895 wird eine Spannklemme beschrieben, die sich auf der Schwelle
bereits im Schwellenwerk vormontieren läßt und zur endgültigen Verspannung der Schiene
im Gleis aus ihrer Vormontagestellung um 180º in die Montagestellung gedreht werden
muß. Die Spannklemme umfaßt ein bogenförmiges Mittelteil mit zwei sich an das Mittelteil
anschließenden Schenkeln. Das bogenförmige Mittelteil sowie die sich daran anschließenden
Schenkel umgeben in ihrer Einbaustellung den Schaft einer Befestigungsschraube. Die
elastische Befestigung der Schiene erfolgt über Biegungen, die sich an die Innenschenkel
anschließen und zu freien Enden erstrecken, die auf den Fuß einer Schiene drücken.
Zusätzlich zu der elastischen Spannklemme umfaßt die Befestigungsvorrichtung eine
Führungsplatte, die jeweils auf jeder Seite des Schienenfußes auf der Schwelle aufliegt
und deren Oberflächenkontur an die elastische Spannklemme angepaßt ist, damit die
von der Schiene kommenden Kräfte in die Schwelle eingeleitet werden. Die Biegungen
der Spannklemme nach der DE 32 43 895 C2 besitzen eine Geometrie, so daß die freien
Enden der Biegungen von dem bogenförmigen Mittelteil der Spannklemme so weit beabstandet
sind, damit sich baugleiche Spannklemmen miteinander zu langen Ketten verhaken können.
[0005] Aufgrund gestiegener Ansprüche bezüglich der Schienenbefestigung selbst, aber auch
einer zunehmenden Automatisierung des Gleisbaus im Rahmen der Vormontage, wurde eine
Schienenbefestigung entwickelt, die nicht mehr aus ihrer Vormontagestellung in die
Montagestellung gedreht werden muß, sondern horizontal senkrecht zur Schiene verschoben
werden kann. Die DE 33 43 119 C2 beschreibt eine derartige Spannklemme. Auch diese
Spannklemme wirkt bevorzugt mit einer speziell auf die Spannklemme abgestimmten Rippenplatte
zusammen, um die auftretenden Kräfte in die Schwelle einzuleiten.
[0006] Diese Spannklemme besitzt Vorteile in bezug auf den Komfort bei der Schienenbefestigung,
jedoch den Nachteil, daß eine automatische Vormontage nicht möglich ist, da sich in
Vorratsbehältern eine Vielzahl von baugleichen Spannklemmen zu langen Ketten miteinander
verbinden und von Hand zunächst vereinzelt werden müssen. Unter dem Verketten von
Spannklemmen soll im folgenden verstanden werden, dass sich viele Spannklemmen jeweils
miteinander verhaken.
Darstellung der Erfindung
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schienenbefestigung zu entwickeln,
die einfach und automatisch auf Eisenbahnschwellen vormontierbar ist.
[0008] Diese Aufgabe wird durch eine elastische Spannklemme mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
[0009] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Spannklemme bezüglich der Dimensionen
so zu gestalten, daß der freie Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil und der
Schlaufe im Bereich des freien Endes kleiner als der Durchmesser des Federstahls ist,
aus dem die Spannklemme gefertigt ist. Hierdurch wird einem Verketten der Spannklemmen
entgegengewirkt. Daher kann im Rahmen der Vormontage eine automatische Entnahme einzelner
Spannklemmen aus einem Vorratsbehälter durchgeführt werden. Selbst bei einer manuellen
Vormontage bietet die erfindungsgemäße elastische Spannklemme Vorteile, da auch das
Montagepersonal nur die einzelnen Spannklemmen aus einem Vorratsbehälter entnehmen,
nicht aber eventuell gebildete Ketten von Spannklemmen voneinander lösen muß.
[0010] Nach einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform befinden sich an den freien
Enden der Spannklemme Verdickungen oder Aufstauchungen. Derartige Verdickungen und
Aufstauchungen können ebenfalls den Abstand zwischen den freien Enden und dem bogenförmigen
Mittelteil soweit verringern, daß ein Verketten von Spannklemmen sicher vermieden
werden kann.
[0011] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die freien Enden der
Spannklemme aneinander an. Durch das Aneinanderanlegen der freien Enden der Spannklemme
alleine kann ein Verketten nicht verhindert werden, da bei einem entsprechenden Abstand
zwischen den freien Enden und dem bogenförmigen Mittelteil noch immer ein Ineinandereingreifen
zweier baugleicher Spannklemmen erfolgen kann. Diese Geometrie besitzt jedoch den
Vorteil, daß ein Verkanten und gegenseitiges Verklemmen von Spannklemmen in einem
Vorratsbehälter vermieden werden kann, auch wenn durch die Grundgeometrie ohnehin
bereits ein Verketten ausgeschaltet ist.
[0012] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Innenschenkel
im wesentlichen parallel zueinander. Diese Formgebung gestattet es, daß die elastische
Spannklemme sowohl horizontal senkrecht zur Schiene aus ihrer Vormontagestellung in
die Montagestellung verschoben werden kann, als auch als Ersatz für Spannklemmen verwendet
werden kann, die zur endgültigen Verspannung der Schiene im Gleis aus ihrer Vormontagestellung
in die Montagestellung um 180º gedreht werden müssen. Darüber hinaus wird durch die
parallele Führung der Innenschenkel ohne eine Einschnürung der Mittelschleife die
automatische Vormontage erleichtert.
[0013] Vorzugsweise umfassen die Schlaufen einen sich an den jeweiligen Innenschenkel anschließenden
hinteren Stützbogen sowie einen Außenschenkel, der sich an den hinteren Stützbogen
anschließt, wobei der hintere Stützbogen so gestaltet ist, daß der Abstand D zwischen
dem Innenschenkel und der parallelen Tangente hierzu am Außenschenkel D ≥ 50 mm, bevorzugt
D ≥ etwa 60 mm beträgt.
[0014] Aufgrund der Problematik des Verkettens mehrerer Spannklemmen miteinander wurde bislang
davon Abstand genommen, Schlaufen mit einer großen Länge und somit einem großen umschlossenen
Raum vorzusehen, da dies das unerwünschte Verketten mehrerer Spannklemmen mit der
Schlaufe einer einzigen Spannklemme förderte. Wenn sich einmal mehrere Spannklemmen
in der Schlaufe einer Spannklemme verkettet haben, ist es auch für geschultes Personal
schwierig, die mehreren Spannklemmen wieder voneinander zu lösen, da der Bewegungsspielraum
für das korrekte Anordnen der Spannklemmen zum Lösen derselben eingeschränkt ist und
aufgrund der ebenfalls in der Schlaufe verhakten anderen Spannklemmen eingeschränkt
wird. Andererseits ist man bestrebt, den Abstand zwischen dem Innenschenkel und der
parallelen Tangente hierzu zum Außenschenkel groß zu gestalten, damit der Torsionsanteil
bei der vertikalen Bewegung der freien Enden der Spannklemme auf dem Schienenfuß von
diesem Bereich aufgenommen wird und die Torsionsspannungen aufgrund der größeren Länge
dieses Abschnittes leichter von der Spannklemme aufgenommen werden können. Durch das
erfindungsgemäße Vermeiden einer Verhakung von Spannklemmen miteinander läßt sich
somit die gesamte Geometrie besser an die immer weiter wachsenden Erfordernisse an
eine Schienenbefestigung anpassen.
[0015] Insbesondere beim Auswechseln bestehender Spannklemmen, die zur endgültigen Verspannung
der Schiene aus ihrer Vormontagestellung in die Montagestellung um 180º gedreht werden
müssen, kann die erfindungsgemäße Spannklemme eingesetzt werden, ohne die Schrauben
auswechseln zu müssen.
Kurze Beschreibung der Figuren
[0016] Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen elastischen Spannklemme werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen offensichtlich
werden, die in den nachfolgenden Figuren dargestellt sind. Es zeigen:
- Fig. 1a
- eine dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgeltenden Spannklemme;
- Fig. 1b und 1c
- dazugehörige Seitenansichten und Draufsichten;
- Fig. 2
- eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannklemme in Draufsicht;
- Fig. 3
- eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannklemme in Draufsicht;
- Fig. 4a und 4b
- Draufsichten sowie Seitenansichten einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Spannklemme;
- Fig. 5a und 5b
- eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Spannklemme;
- Fig. 6a und 6b
- räumliche Darstellungen zweier baugleicher erfindungsgemäßen Spannklemmen, die nicht
miteinander verketten können;
- Fig. 7
- eine Darstellung ähnlich zu den Fig. 6a und 6b mit einer Darstellung zweier Spannklemmen
gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 4a und 4b; und
- Fig. 8 und 8b
- Beispiele für das Verketten von Spannklemmen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0017] In den nachfolgenden Figuren werden zur einfacheren Bezugnahme jeweils gleiche oder
ähnliche Abschnitte der Spannklemmen mit denselben Referenzziffern bezeichnet werden.
[0018] In Fig. 8a und 8b sind herkömmliche Spannklemmen gezeigt, die jeweils mit 10.1 sowie
10.2 bezeichnet sind. Die Zusätze .1 sowie .2 sollen jeweils die beiden zusammenwirkenden,
baugleichen Spannklemmen bezeichnen. Die Spannklemmen bestehen aus einem bogenförmigen
Mittelteil 14, zwei sich an das bogenförmige Mittelteil anschließende Innenschenkel
12 sowie Schlaufen 16, die sich jeweils an die Innenschenkel anschließen und in freien
Enden 18 abschließen.
[0019] Aufgrund der geometrischen Beziehungen der oben beschriebenen Abschnitte der Spannklemmen
zueinander ist es möglich, daß die beiden Spannklemmen 10.1 und 10.2 miteinander verhaken.
Dies erfolgt, indem zwischen einem der freien Enden 18.1 der ersten Spannklemme und
dem entsprechenden Mittelteil 14.1 das freie Ende 18.2 der zweiten Spannklemme sowie
das zugehörige Mittelteil 14.2 hindurchtreten können. Ist der Abstand zwischen dem
freien Ende 18 und dem Mittelteil 14 größer als der Durchmesser d, so kann ein Verhaken
zweier Spannklemmen an beliebiger Stelle erfolgen, indem, wie in Fig. 8b dargestellt
ist, die Spannklemme 10.2 im Bereich ihrer Schlaufe 16.2 zwischen dem freien Ende
18 und dem Mittelteil 14 der Spannklemme 10.1 hindurchtritt.
[0020] Aus Computersimulationen läßt sich zeigen, daß die Möglichkeit eines miteinander
Verhakens zweier baugleicher Spannklemmen nicht alleine vom lichten Abstand zwischen
dem freien Ende 18 und dem Mittelteil 14 abhängt, sondern sich die Engstelle auch
in einer Entfernung vom freien Ende befinden kann und zudem der komplexe und häufig
nicht-lineare Bewegungsablauf beim möglichen Verhaken von baugleichen Spannklemmen
mitberücksichtigt werden muß.
[0021] Ein Verketten tritt allerdings nur dann auf, wenn die statistische Wahrscheinlichkeit
eines möglichen Verhakens so groß ist, dass es zur Bildung von Ketten miteinander
verhakter Spannklemmen kommen kann. Ein einzeln auftretendes Verkeilen oder Verhaken
zweier Spannklemmen ist unschädlich, weil dies nicht zur Ausbildung langer Ketten
führt.
[0022] Wendet man sich den Fig. la, 1b sowie lc zu, so ist eine erste Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Spannklemme dargestellt. Die Spannklemme 10 umfaßt zwei Schlaufen
16, die sich an einen Mittelteil anschließen, der im wesentlichen aus zwei Innenschenkeln
12 gebildet ist, die, wie aus Fig. lb ersichtlich ist, parallel zueinander verlaufen.
Zwischen den Innenschenkeln 12 wird im Montagezustand eine Schwellenschraube (nicht
dargestellt) geführt, die im Montagezustand auf Abflachungen 20 im Bereich der Oberseite
der Innenschenkel 12, ggf. unter Vermittlung einer Beilagscheibe, aufliegt. Bei der
Montage wird die Schwellenschraube mittels eines Drehmomentschlüssels, der am Kopf
der Schwellenschraube angreift, in einen in der Schwelle befindlichen Kunststoffdübel
in bekannter Weise eingeschraubt, bis die gewünschte Spannkraft hergestellt ist.
[0023] Aufgrund der Formgebung der parallel zueinander angeordneten Innenschenkel ist sowohl
eine Verschiebebewegung horizontal senkrecht zur Schiene zwischen der Vormontagestellung
und der Montagestellung wie auch ein Drehen um 180º von der Vormontagestellung in
die Montagestellung realisierbar. Darüber hinaus ist es möglich, eine Spannklemme
mit ebenfalls parallel zueinander verlaufenden Innenschenkeln durch die in den Fig.
1a bis 1c dargestellte Spannklemme zu ersetzen, indem lediglich die Schwellenschraube
gelockert wird und die Spannklemmen durch eine Dreh- sowie Verschiebebewegung jeweils
ausgetauscht werden.
[0024] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Innenschenkel durch ein bogenförmiges
Mittelteil 14 miteinander verbunden. Auf der relativ zum bogenförmigen Mittelteil
entgegengesetzten Seite der Innenschenkel schließen sich die Schlaufen 16 an, die
selbst aus einem hinteren Stützbogen 22, Außenschenkeln 24 und miteinander fluchtenden
freien Enden 26 bestehen.
[0025] Die freien Enden 26 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel relativ zum bogenförmigen
Mittelteil 14 so angeordnet, daß der freie Abstand zwischen dem Mittelteil 14 und
der Schlaufe 16 im Bereich der jeweiligen freien Enden 26 geringer als der Durchmesser
des Federstahls im Bereich des freien Endes 26 ist, wodurch sich mehrere Spannklemmen
nicht miteinander verketten können.
[0026] Wie zusätzlich aus der Darstellung in den Fig. 1a bis 1c und insbesondere aus Fig.
1c ersichtlich ist, ist der hintere Stützbogen so ausgebildet, daß dieser eine große
Länge D besitzt, die als Abstand zwischen der Achse des Innenschenkels und der parallelen
Tangente durch den Mittelpunkt des Außenschenkels entspricht. Dieser Abstand D sollte
mindestens 50 mm betragen, damit die dargestellte Spannklemme einen hohen Torsionsweg
gewährleisten kann, wodurch die Federsteifigkeit verringert werden kann. Allerdings
ist auch die Geometrie der Schlaufe hierfür mitentscheidend. So sollten die Außenschenkel
der Schlaufen einen Bogen beschreiben, dessen Sekante S (siehe Fig. 1b) im wesentlichen
parallel zum Verlauf der Innenschenkel ist.
[0027] Diese Geometrie ist insbesondere beim Einsatz der Spannklemme an problematischen
Streckenabschnitten vom Vorteil. So können beispielsweise im Bereich von Steigungen
durch das Durchrutschen der Räder von Schienenfahrzeugen hochfrequente Schwingungen
entstehen, die eine Bewegung der Schienen in Längsrichtung trotz ordnungsgemäß befestigter
Spannklemmen auslösen. Das Vorsehen eines größeren Torsionsabschnittes erhöht die
Dauerfestigkeit der Schienenverbindung, da nicht nur der Torsionsanteil der Schlaufe
erhöht ist, sondern auch eine relative Vergrößerung des Biegeradius in Schienenrichtung
erfolgt.
[0028] Die Fig. 2 bis 5b zeigen jeweils Möglichkeiten, um den freien Abstand zwischen dem
bogenförmigen Mittelteil und der Schlaufe im Bereich des freien Endes gering zu gestalten.
So ist in Fig. 2 dargestellt, daß sich die Länge des Mittelteils und somit die Länge
der Innenschenkel 12 erhöhen läßt, um eine geringere Entfernung zwischen dem bogenförmigen
Mittelteil und den freien Enden 26 der Schlaufen 16 zu erzeugen.
[0029] Eine alternative, in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist der in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsalternative ähnlich, verlängert jedoch die freien Enden 26 soweit, daß
sich nur noch ein geringer Abstand d2 zwischen den freien Enden 26 befindet. Die Annäherung
der freien Enden 26 alleine kann jedoch ein Verketten nicht verhindern; es muß entsprechend
den oben dargelegten Ausführungen auch auf den entsprechend gering gewählten freien
Abstand zwischen den jeweiligen, einzelnen freien Enden 26 und den bogenförmigen Mittelteil
14 in gleicher Weise geachtet werden.
[0030] Eine alternative Ausführungsform ist aus den Fig. 4a und 4b ersichtlich, wobei Fig.
4a eine Draufsicht auf diese Ausführungsform der Spannklemme und Fig. 4b eine Seitenansicht
derselben darstellt. Wie sich aus der Grundgeometrie der in Fig. 4a dargestellten
Spannklemme ergibt, ist diese der in den Fig. la bis lc dargestellten Spannklemme
im Bezug auf die Länge des Mittelteiles und die Krümmung der Schlaufen 16 sehr ähnlich.
Der wesentliche Unterschied liegt darin, daß sich an den freien Enden 26 Verdickungen
28 befinden, welche den freien Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil und den
Verdickungen der freien Enden soweit verringern, daß ein Verketten wirkungsvoll vermieden
werden kann. Die Verdickungen 28 können als Aufstauchungen der Enden gebildet sein
und erfordern einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand. Der Vorteil der Verdickungen
liegt jedoch darin, daß ein größerer freier Abstand zwischen dem bogenförmigen Mittelteil
und dem verdickten Ende des freien Endes 26 möglich ist. Dies kann aus fertigungstechnischer
Sicht günstig sein, wenn bei den einzelnen Biegeschritten der Federstahl der Spannklemme
stark zurückfedert und es daher aufgrund geometrischer Beschränkungen nicht möglich
ist, die freien Enden soweit dem bogenförmigen Mittelteil anzunähern, daß ein Verketten
verhindert werden kann.
[0031] Die Fig. 5a und 5b zeigen schließlich eine alternative Ausführungsform, deren Innenschenkel
nicht durch ein bogenförmiges Mittelteil miteinander verbunden sind. Anstelle dessen
liegen keine freien Enden 26 vor, sondern ist die Spannklemme in diesem Bereich durchgehend
hergestellt. Trotz der recht unterschiedlich wirkenden Anordnung der Enden relativ
zu den durchlaufenden Bereichen entwickelt sich jedoch dieselbe Grundgeometrie, nach
der der freie Abstand zwischen den im vorliegenden Fall an den Innenschenkeln 12 angeordneten
freien Enden und der durchgehenden Schlaufe 30 gebildete freie Abstand ebenfalls so
klein gewählt werden muß, daß ein Verketten nicht möglich ist.
[0032] Um zu verdeutlichen, daß mit den vorgeschlagenen Spannklemmen ein gegenseitiges Einrücken
der Schlaufe einer Spannklemme in die Schlaufe einer baugleichen Spannklemme nicht
länger möglich ist, soll das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4a und 4b in der Fig.
7 in einer entsprechenden Position dargestellt werden. Die Fig. 7 zeigt, daß aufgrund
der Verdickungen 28.1 an der Spannklemme 10.1 sowie 28.2 an der Spannklemme 10.2 kein
Verhaken der Schlaufen 16.1 sowie 16.2 mehr möglich ist. In gleicher Weise zeigen
die Figuren 6a und 6b anhand der in den Figuren la bis lc dargestellten Ausführungsvariante,
daß ebenfalls mit dieser dargestellten Geometrie kein Verhaken der beiden Spannklemmen
mehr möglich ist.
[0033] Indem einem Verketten der Spannklemmen entgegengewirkt wird, lassen sich die Schlaufen
entsprechend groß dimensionieren, da die Gefahr einer Verkettung mehrerer Spannklemmen
nicht länger besteht. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Biegeradien in Schienenrichtung
zu vergrößern und den Torsionsanteil zu erhöhen, so daß die Spannklemmen eine verbesserte
Federcharakteristik aufweisen. Durch das Verlängern der freien Enden im Rahmen der
Verringerung des freien Abstandes lassen sich zudem größere Flächenpressungen auf
dem Schienenfuß erzielen. Hierdurch werden im Vergleich zu bekannten, ebenfalls W-förmig
geformten Spannklemmen mindestens gleiche technische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich
der Elastizität in vertikaler und horizontaler Richtung sowie in Längs- und Querrichtung
zur Schiene erzeugt. Darüber hinaus wird eine einfache und automatische Vormontage
von Eisenbahnschwellen möglich, auf der anderen Seite aber auch durch das Vorsehen
parallel zueinander verlaufender Innenschenkel eine mit möglichst geringem Aufwand
realisierbare Austauschbarkeit sowohl gegenüber Spannklemmen von dem gleichen Typ
wie auch gegenüber bereits bekannten, ähnlich geformten Modellen.
1. Elastische Spannklemme aus Federstahl, umfassend:
- ein Mittelteil (14; 12) mit zwei Innenschenkeln (12); und
- Schlaufen (16), die sich an die Innenschenkel (12) anschließen und zu den freien
Enden (18) der Spannklemme (10) verlaufen;
dadurch
gekennzeichnet, daß
- der freie Abstand zwischen dem Mittelteil (14; 12) und der Schlaufe (16) im Bereich
des freien Endes (18) kleiner als der Durchmesser des Federstahls im Bereich des freien
Endes ist.
2. Elastische Spannklemme nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich an den freien Enden (18) der Spannklemme (10) Verdickungen (28) oder Aufstauchungen
befinden.
3. Elastische Spannklemme nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die freien Enden (18) der Spannklemme aneinander anliegen oder einstückig miteinander
ausgeführt sind.
4. Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenschenkel (12) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
5. Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Innenschenkel (12) durch ein bogenförmiges Mittelteil (14) verbunden sind und
sich die Schlaufen (16) auf der zum bogenförmigen Mittelteil (14) entgegengesetzten
Seite des jeweiligen Innenschenkels (12) anschließen.
6. Elastische Spannklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schlaufen einen sich an den jeweiligen
Innenschenkel (12) anschließenden hinteren Stützbogen (22) und einen Außenschenkel
(24) umfassen, der sich an den hinteren Stützbogen (22) anschließt, wobei der hintere
Stützbogen (22) so gestaltet ist, daß der Abstand D zwischen dem Innenschenkel und
der parallelen Tangente hierzu am Außenschenkel (24) D ≥ 50 mm und vorzugsweise D
≥ etwa 60 mm beträgt.