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Verfahren und Vorrichtung zum Schotterverdichten von Gleisbetten, insbesondere an den Schwellenvorköpfen, in Verbindung mit dem
Gleisrichten oder-heften oder-stopfen bzw. mit dem Gleisheben und-nivellieren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schotter verdichten von Gleisbetten, insbesondere an den Schwellenvorköpfen, in Verbindung mit dem Gleisrichten oder-heften oder - stopfen bzw. mit dem Gleisheben und-nivellieren und besteht im Wesen darin, dass das Gleis bzw. der Gleisrahmen im Bereich dieser für sich oder in Kombination ausgeführten Arbeiten gleichzeitig in Schwin- gungen versetzt wird. Dabei werden dem Gleis bzw.
Gleisrahmen waagrechte Schwingungen, vorzugsweise in der relativ niederfrequenten Eigenfrequenz des Gleisrahmens und Gleisschotters (Mischfrequenz), aufgedrückt.
Der eigentliche Gleisrahmen und derGleisschotter haben je eine waagrechte Eigenfrequenz und beide zusammen, also der Gleisrahmen im verdichteten Schotter eingebettet, haben eine aus diesen beiden Frequenzen sich ergebende waagrechte Eigenfrequenz (Mischfrequenz) mit sehr breiter Resonanzkurve. Wird nun mit Hilfe einer Schwingmaschine, deren Drehzahl in weiten Grenzen regelbar ist, der Gleisrahmen in dieser Mischfrequenz erregt, so treten die im folgenden angeführten Erscheinungen auf.
Die Schwingungsamplitude des Gleisrahmens ist entsprechend der Resonanzkurve von der Erregerkraft und ihrer Frequenz abhängig. Mit steigender Frequenz wird die Zahl der mitschwingenden Schwellen grösser, da auch die Schwinglinie (=Knicklinie) länger wird. Bloss die Schwingungsamplitude wird entsprechend der Resonanzkurve wieder kleiner. Innerhalb des Gleisrahmens und besonders beim Schwellenkopf beginnt der Schotter mitzuschwingen, wobei zwischen schwingender Schwelle und schwingendem Schotter eine Relativbewegung entsteht. Durch den schwingenden Gleisrahmen wird nur die obere Schicht des Gleisschotters (etwas mehr als die Schwellenhöhe) in waagrechte Schwingungen versetzt und somit der Gleisschotter zwischen den Schwellen und besonders bei den Schwellenköpfen hoch verdichtet. Die Verdichterstempel sind in diesem Falle die in den Schotter eintauchenden Schwellen.
Ein Eisenbahngleis wird nur dann den bodendynamischen Forderungen gerecht, wenn der grobe Gleisschotter in zwei verschiedenen Ebenen (lotrecht und waagrecht), also in den Hauptbeanspruchungsrichtungen, verdichtet wird. Im Bereich der Schwellenunterkante bis zum Planum muss die Verdichtung vorwiegend lotrecht erfolgen, weil diese Zone des Schotters auch lotrecht beansprucht wird. Die verbleibende Oberflächenzone im Bereich der Schwellenvorköpfe und zwischen den Schwellen soll wegen ihrer waagrechten Beanspruchung (Schubbeanspruchung) waagrecht verdichtet werden, denn nur so können die beste Oberflächenverdichtung und die grössten Schubwiderstände gegen seitliches Verschieben erreicht werden.
Als Schwingungserreger wählt man zweckmässigerweise eine oder mehrere gegenläufig rotierende Unwuchten, wobei das Schwingergehäuse mit den Schienen oder mit den Schwellen fest verbunden werden kann, so dass die Schwingungsenergie den Schienen oder den Schwellen aufgedrückt wird. Die Frequenz der Schwinger ist zweckmässig stufenlos etwa zwischen 10 - 50 Hz regelbar. Gemäss der Erfindung ist eine optimale Schotterverdichtung gegen seitliches Verschieben, wie sie vom eisenbahntechnischen Standpunkt wünschenswert ist, erreichbar. Ausserdem wird beim Gleisrichten, bei dem während der Einwirkung der seitlichen Verschiebungskraft der zu verschiebende Teil des Gleises bzw.
Gleisrahmens mit Hilfe eines
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Schwingungserregers in Schwingungen versetzt wird, die Verschiebung mit wesentlich geringeren Kräften gegenüber dem reinen statischen Verschieben erreicht.
Ausserdem können unter Umständen durch das statische Verschieben innere Längskräfte in das Gleis eingeführt werden, die als Druckkraft nur auf eine relativ geringe Gleislänge wirksam sind, so dass die Tendenz zum späteren seitlichen Ausweichen des Gleises gegeben ist. Bei Anwendung der Schwingungen während des Gleisrichtens fällt dieser Nachteil praktisch weg. Es ergibt sich durch das erfindungsgemässe Gleisrichten auch noch eine Personaleinsparung.
Erfindungsgemäss können den relativ niederfrequenten waagrechten Eigenfrequenzschwingungen höherfrequente, beispielsweise lotrechte Schwingungen, z. B. von 50 Hz überlagert werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass die Verschiebung des gewünschten Gleisstückes noch leichter möglich wird.
Das Ausrichten von Gleisen erfolgt bisher vorwiegend händisch in der Weise, dass mit einem Schlaggewicht, z. B. einer Eisenschiene oder Eichenschwelle, so lange seitlich auf die Gleisschiene geschlagen wird, bis die gewünschte Verschiebung einzelner Schwellen oder Schwellengruppen erreicht ist. Man hat auch versucht, diese Richtarbeiten maschinell auszuführen. Da die erforderliche Verschiebekraft relativ sehr gross ist, sind hydraulische Druckstempel hiezu am besten geeignet. Bei den bisher bekannten Maschinen wird das Gleis also hydraulisch verschoben, wobei sich der auf die Schiene einwirkende Hydraulikstempel entweder über die Maschine auf das Schotterbett oder wieder auf die Schiene abstützt.
Im letzten Fall sind die beiden, etwa 10 m voneinander entfernten Abstützpunkte miteinander starr verbunden, so dass sich der Hydraulikstempel auf die Verbindungsstange abstützen kann.
Bei allen bis jetzt bekannten Verfahren zum Gleisrichten, sowohl händischen wie auch maschinellen, wird die iestgelegte Höhenlage der Schienen wesentlich beeinflusst und ausserdem die Verdichtung des Gleisschotters, insbesondere gegen das seitliche Ausweichen, herabgesetzt. Dies ist auch die Ursache, warum der Richtvorgang mehrmals wiederholt werden muss, da sich zwei benachbarte Schwellengruppen
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Durch das seitliche Verschieben einer Schwellengruppe im verdichteten Schotter werden die relativ gro- ssen einzelnen Schotterkörner, auf denen die Schwellen fest aufliegen, gedreht, wodurch sowohl die Verdichtung des Gleisschotters als auch die Höhenlage des Gleises ungünstig beeinflusst werden.
Durch die Erfindung werden die erwähnten Mängel vermieden. Die Verschiebungskraft wird vorzugsweise über ein elastisches Mittel auf den in der Eigenfrequenz schwingenden Gleisrahmen aufgebracht.
Die Einzelkraft bzw. Verschiebungsarbeit verteilt sich in diesem Fall über die gesamte Schwinglinie gleichmässig. Ihre Wirkung ist daher so, als wenn verschiedene Einzelkräfte an den einzelnen schwingenden Schwellen als statische Kräfte angreifen würden, so dass sich gegenüber der statischen Verformung eine weit günstigere Verformungslinie ergibt.
Bei grösseren Druckspannungen im Gleis neigt es mehr dazu, in waagrechter Richtung auszukrümmen.
Die Länge des Ausweichens ist aber auf keinen Fall grösser als seine Knick-oder Schwinglinie. Beim Ausrichten jedes einzelnen Gleisbuckels wird eine zusätzliche Druckkraft als Längskraft in das Gleis hineingebracht. Diese Druckkraft soll sich womöglich auf. eine grosse Anzahl von Schwellen verteilen. Beim statischen Geradrichten des Gleises verteilt sich diese Druckkraft auf ein Minimum von Schwellen, während nach dem erfindungsgemässen Verfahren die erforderliche Gruppe von Schwellen (Schwinglänge = Knicklänge) erfasst wird. Um einen einwandfreien Linienzug zu erhalten, musste wegen Zerstörung der Verdichtung und ungenügender Längsaufteilung der Druckkraft bisher das seitliche Richten, wie erwähnt, mehrmals wiederholt werden, wogegen dies beim vorliegenden Verfahren nicht mehr der Fall ist.
Wird als Schwingungserreger ein Unwuchterreger verwendet, so ist eine feste Verbindung zwischen Erreger und Schwelle nicht unbedingt erforderlich. Besitzt nämlich der Erreger einen Anschlag und wirkt eine äussere Kraft zur Verschiebung über elastische Mittel auf den Erreger ein, so wird praktisch eine Schlagwirkung erzielt und das Gleis zum seitlichen Ausweichen gebracht. Der besondere Vorteil gegen- über dem händischen Schlagverfahren besteht darin, dass der Schlag im Rhythmus der Eigenfrequenz erfolgt, so dass das Gleis und der Gleisschotterin der waagrechten Eigenfrequenz zu schwingen beginnen und sich die daraus ergebenden, vorher beschriebenen Vorteile einstellen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist daher ein vollkommenes Gleisricht-, Vorkopf- und Schwellenfachverdichtungsgerät. Sie ist aber auch zur Kombination mit einer Gleisstopfmaschine oder einem Gleishebegerät oder einer Gleisnivelliervorrichtung geeignet. Alle diese Maschinen sind fahrbar ; ausserdem besitzen sie schon hydraulische Einrichtungen, so dass auch zusätzliche Hydraulikzylinder angeordnet werden können. Besonders vorteilhaft erscheint auch die Kombination einer Gleishebe-, Gleisheft- und Nivelliervorrichtung mit der erfindungsgemässen Gleisricht- und Schotterverdichtungsmaschine.
Um die mitunter recht kräftigen Schwingungen von der Maschine fernzuhalten, ist es dann zweckmässig, zwischen derGreif-
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zange und den Hubzylindern der Hebevorrichtung elastische Mittel zu schalten. ausserdem stützt sich die gesamte Maschine zweckmässig auch schwingungsisoliert auf den Gleisschotter zwischen den Schwellen ab, da ja von der Maschine auf die Schiene eine seitliche Druckkraft ausgeübt werden muss. Wird nun im schwingenden Gleisschotter das Gleis mittels Hydraulikzylinder, die sich auf den Gleisschotter direkt oder über die Maschinen abstützen müssen, in die richtige Höhe gebracht, so dringt zusätzlicher Schotter we- gen seiner nun fliessenden Eigenschaften und zufolge des Auflagedruckes der Hebezylinder, in den entste- henden Hohlraum unter die Schwelle ein.
Das Gleis ist somit in einem Arbeitsgang in die richtige Höhe gebracht, geheftet, seitengerichtet, vorkopfverdichtet und schwellenfachverdichtet ; in diesem Fall kann auch die sonst notwendige zusätzliche Hefteinrichtung entfallen. Für das Nivellieren kann man die beste- henden Messeinrichtungen zur Niveaubildung durch einen gespannten Draht oder mittels Lichtstrahlen an- wenden. Zum Seitenrichten eignet sich besonders der gespannte Draht, da er eine exakte Gerade bildet und zur einfachen elektrischen Steuerung besonders zweckmässig ist. Vorteilhaft werden zwei gespannte
Drähte beidseitig des Schienenstranges verwendet.
Die Kombination der Vorkopfverdichter und Richtma- schine mit einer Gleisstopfmaschine ergibt die Vorteile einer besonders guten Schotterverdichtung und eines besonders guten Schwellenauflagers, das durch den waagrecht schwingenden Schotter- und Gleis- rahmen (waagrecht quer zur Längsachse des Gleises) und der lotrecht oder waagrecht (senkrecht zur Gleis- achse) schwingenden Stopfwerkzeuge gebildet wird, wobei der in der Eigenfrequenz schwingende Gleis- rahmen samt Gleisschotter mit lotrecht oder vorwiegend lotrecht schwingenden Stopfwerkzeugen, die op- timale Verdichtung ergibt.
Es empfiehlt sich, sämtliche Arbeiten, die als Vor- und Nacharbeiten zum Gleisstopfen erforderlich sind, von einer eigenen Maschine durchführen zu lassen und der Gleisstopfmaschine nur das eigentliche
Gleisstopfen zu überlassen. Denn nur so ist ein maximaler, mechanischer Arbeitsfortschritt erreichbar.
Mit einer kombinierten Gleishebe-Heft-Nivellier-Richt-Schottervorkopfverdichtermaschine braucht nämlich nur jede dritte bis fünfte Schwelle geheftet zu werden, wie es beim händischen Gleisrichten und - nivellieren der Fall ist. Durch die weitreichende Wirkung des in der Eigenfrequenz schwingenden Gleisrahmens (Verdichterwirkung und Kraftverteilung der aufgebrachten Seitenkraft) kann der Abstand des Vorheftens mit der neuen kombinierten Maschine noch erhöht werden, ohne dass die Gleislage durch den
Stopfvorgang mit der schweren Gleisstopfmaschine beeinträchtigt wird.
Zum Gleisrichten kann man auch vorteilhaft zwei Schwingmaschinen verwenden, wobei je ein Schwinger vor-und rückwärts vom Gleisfahrzeug sich befindet. Je nachdem, wie die beiden Schwingmaschinen arbeiten (gleichphasig oder gegenphasig), wird sich eine verschiedene Schwinglinie einstellen, deren Form für das Gleisrichten von Vorteil sein kann.
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung als Beispiel zum Gleisrichten schematisch dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt der zu richtenden Gleisanlage in Verbindung mit der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
In Fig. 1 sind die Schienen und Schwellen des in Richtung des Pfeiles A ausgebogenen Gleises mit 1 bzw. 2 und das Gleisbett mit 3 bezeichnet. Mit zwei zweckmässig im Bereich der grössten Durchbiegung des Gleises liegenden Schwellen ist ein Schwingungserreger 4 fest verbunden, der das Gleis in die ge- wilnschten waagrechten Schwingungen versetzt, deren Begrenzungslinien 7 strichpunktiert dargestellt sind, während auf den Gleisrahmen eine Druckkraft P oder eine Zugkraft über eine Feder 5 ständig oder intermittierend einwirkt. Durch die der Eigenschwingung der Gleisanlage entsprechenden Schwingungen wird der-Gleisschotter in den strichliert dargestellten Zonen 6 bei den Schwellenköpfen hoch verdichtet. Die Seitenkraft P zerlegt sich in zwei Längskomponenten und diese teilen sich auf die Zahl der schwingenden Schwellen entsprechend der Schwinglänge auf.
Versuche haben bestätigt, dass, wenn die Einzelkraft in der Eigenfrequenz der Gleisanlage über elastische Mittel auf das Gleis einwirkt, die Wirkung der Einzelkraft so ist, als ob eine Anzahl paralleler Kräfte P* auf je eine schwingende Schwelle einwirken würde, wobei die Summe dieser Kräfte die Kraft P ergibt. Die Schwinglinien 7 erfassen immer den Bereich der Ausbuchtung der Schiene.
Erfolgt das Schwingen bei Temperaturen unterhalb der Verlegetemperatur des Gleises, bei der also im Gleis eine Zugkraft herrscht, ist das Aufbringen einer Seitenkraft zum Ausrichten nicht erforderlich.
Der Schwingungserreger kann jedoch auch selbst die Druckkraft auf den Gleisrahmen ausüben. Zu diesem Zweck schwingt der Schwingungserreger 8 nach Fig. 2, der in auf den Schienen 9,10 verankerten Führungen 11 geführt ist. Auf den Schwingungserreger wirkt eine gegen die Durchbiegung des Gleises gerichtete Zugkraft Q über eine Feder 12 ein. Dadurch schlägt der mit einem Schlagkopf 13 versehene Schwingungserreger wie ein Hammer auf die Schiene 9, wobei er so geregelt ist, dass seine Schwingungen eine Frequenz aufweisen, die der Eigenfrequenz der Gleisanlage und der gewünschten Schwingungs-
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amplitude entspricht. Der Schwingungserreger kann auch einen zweiten Schlagkopf zum Ausrichten in der Gegenrichtung aufweisen, wobei die Zugkraft Q an dergegenüberliegenden Seite angreift oder auch durch eine Druckkraft ersetzt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schotterverdichten von Gleisbetten, insbesondere an den Schwellenvorköpfen, in Verbindung mit dem Gleisrichten oder-heften oder-stopfen bzw. mit dem Gleisheben und-nivellieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleis bzw. der Gleisrahmen im Bereich dieser für sich oder in Kombination ausgeführten Arbeiten gleichzeitig in Schwingungen versetzt wird.