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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Schienenbefestigung an Quer- oder Längsschwellen sowie an schwellenlosen Schienenstützpunkten, insbesondere an Holzschwellen (1) im Eisenbahnoberbau, welche eine auf die Schwellendeckfläche (10) bzw.
den Schienenstützpunkt aufsetzbare Unterlagsplatte (4) oder zwei zusammenwirkende Abstützplatten (17) aufweist, die durch Schrauben (5) mit der Schwelle (1) bzw. dem Schienenstützpunkt verankerbar ist bzw. sind und auf der bzw. zwischen denen der Schienenfuss durch Spannmittel (6,6', 6tut) elastisch formschlüssig befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsplatte (4) oder die Abstützplatten (17) von ihren Begrenzungskanten (4', 17') aus nach unten durchgewölbt und durch die Schrauben (5) unter elastischer Verformung flächig auf die Schwellendeckfläche (10) bzw.
die Schienenstützpunktauflagefläche verspannbar ist bzw.
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer rechteckigen Unterlagsplatte (4) oder rechtekkigen Abstützplatten (17) die Scheitellinien (12, 21) mit einer der Mittelachsen (13,14, 22) zusammenfällt (Fig. 5, 8, 9).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitellinie (12, 21) quer zur Längsachse (14), der Unterlagsplatte (4) oder den Abstützplatten (17) verläuft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wölbungslinie (11) beidseitig über die Querachse (13) der Unterlagsplatte (4) erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitellinie (12) über der Unterlagsplatte (4) diagonal verläuft.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungslinie (11, 20) der Unterlagsplatte (4) oder der Abstützplatten (17) kurvenförmig, insbesondere entsprechend einem Kreis, einer Ellipse, einem Parabelbogen oder einem Polygonzug verläuft.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsplatte (4) oder die Abstützplatten (17) aus einem Walzprofil besteht bzw.
bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsplatte (4) oder die Abstützplatten (17) als Gesenkschmiedeteil ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsplatte (4) oder die Abstützplatten (17) aus Guss, insbesondere aus Stahl- oder Sphäroguss, bestehen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (9) der Unterlagsplatte (4) oder der Abstützplatten (17) mit Riffelungen, Kordelungen, Buckel oder Warzen versehen sind.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schienenbefe stigung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei den Schienenbefestigungen dieser Gattung dienen die Unterlags- oder Rippenplatten oder die Rippenabstützplatten dazu, Kräfte von der Schiene auf die Schwelle bzw.
den Schienenstützpunkt zu übertragen und gleichzeitig die Lage der beiden Schienen zueinander so festzulegen, dass die erforderliche Spurweite für die Radsätze der Fahrzeuge an jeder Stelle des Gleises aufrechterhalten wird.
Die Unterlags- oder Rippenplatten oder die Rippenabstützplatten bilden also ein besonders wichtiges Bauteil der Schienenbefestigung, weil durch sie die Horizontalkräfte von den Schienen auf die Schienen stützpunkte übergeleitet werden. Dies bedingt, dass eine Sicherung der Platten gegen Relativverschiebung zur Schwellendeckfläche bzw. zur Schienenstützpunkt-Auflagefläche, und zwar insbesondere in Richtung quer zur Gleis-Längsachse nur erreicht werden kann, indem die Auflagefläche der Platten insgesamt durch die Schwellenschrauben oder dergleichen mit beträchtlicher Flächenpressung auf die Schwellendeckfläche bzw. den Schienestützpunkt gedrückt wird, damit die auf die Platten wirkenden freien horizontalen Kräfte ohne Verschiebung als Reibungskräfte auf die Querschwellen bzw. den Schienenstützpunkt übertragen werden können.
Diese Anforderungen bestehen bereits seit der Einführung von Schienenbefestigungen, deren Unterlags- oder Rippenplatten oder Abstützplatten mittels Schwellenschrauben auf Holzschwellen befestigt sind. Sie konnten jedoch bis heute nicht zufriedenstellend erfüllt werden. Die Praxis hat gezeigt, dass die meisten Platten im Verspannungszustand mit der Querschwelle bzw. dem Schienenstützpunkt zwischen ihrer Auflagefläche und der Schienenstützpunkt-Auflagefläche keinen oder nur einen geringen und damit ungenügenden Reibungskontakt erreichen, welcher zudem bei steigender Benutzungsdauer der Gleisanlagen immer geringer wird.
Es musste festgestellt werden, dass in der Praxis selbst bei einem neu eingebauten Schienenstützpunkt nur in der unmittelbaren Umgebung der Schwellenschrauben oder dergleichen gleichgültig, ob diese mit oder ohne Federringe verspannt wurden - ein kraftübertragender Reibschluss zwischen den Platten und der Schienenstützpunkt-Auflagefläche erreicht wird.
Diese am Anfang noch recht gut wirksame Verspannung zwischen den Unterlags- oder Rippenplatten oder den Abstützplatten und Schwellendeckfläche bzw. Schienenstützpunkt-Auflagefläche lässt jedoch vielfach schon nach kurzer Liegezeit beträchtlich nach, und zwar weil sich aufgrund der hohen Verspannungskräfte eine plastische Verformung der Schwellendeckfläche einstellt. Neben der durch Einwirkung von Horizontalkräften eintretenden Verschiebung der Platten mit der daraus resultierenden Änderung der Gleisspur, ergibt sich der weitere Nachteil, dass die Lochwandungen der Platten sich an die Schäfte der Schwellenschrauben anlegen und aufgrund der aus dem Befahren des Gleises resultierenden Belastung Biegebeanspruchungen auf die Schwellenschraube ausüben, wodurch der dauerhaft feste Sitz derselben in den Schwellen eine Beeinträchtigung erfährt.
Da das Lockern der Unterlags- oder Rippenplatten oder der Abstützplatten eine Verminderung der Gesamtstabilität des Gleises nach sich zieht, sind auch schon doppelt oder dreifach spannende Federringe zwischen diesen und dem Kopf der Schwellenschrauben vorgesehen worden. Da aber solche Federringe nicht nur einen geringen Federweg, sondern ausserdem auch noch eine ungünstige progressive Federkennlinie aufweisen, wird deren Wirksamkeit oft schon durch verhältnismässig geringe plastische Verformung der Schwellendeckfläche beeinträchtigt. Auch gehen solche Federringe wegen ihrer ungünstigen Federcharakteristik häufig zu Bruch.
Es hat sich auch gezeigt, dass bei der Verwendung der bekannten Schienenbefestigungen in Verbindung mit Holzschwellen eine sehr hohe Flächepressung um die Schwellenschrauben herum entsteht, durch die eine plastisch-elastische Verformung der Schwellendeckfläche eintritt. Hieraus ergibt sich wiederum der Nachteil, dass sich die Platten in ihrem Mittelbereich nach oben wölben und sich damit im Schienenbereich von der Schwellendeckfläche abheben.
Beim Überfahren der Unterlags- oder Rippenplatten oder der Abstützplatten tritt sodann ein stossartiges Niederdrücken derselben im gewölbten Bereich - das sog. Pumpen ein. Dieses Pumpen führt dann naturgemäss zu einer allmählichen mechanischen Zerstörung der Schwellendeckfläche.
Es sich auch Versuche unternommen worden, dieses sog.
Pumpen der Platten zu unterbinden, und zwar dadurch, dass insbesondere die im Bereich von Weichen verlegten Platten statt einer Dicke von 16 mm eine solche von 20 mm erhielten.
Durch diese kostspielige Massnahme konnte jedoch der unerwünschte Pumpeffekt nur geringfügig reduziert werden.
Die am weitesten verbreitete Schienenbefestigung bewirkt anfänglich durch die hohe Verspannung des Schienenfusses über die Hakenschrauben, Klemmplatten und Federringe eine verhältnismässig starre Verbindung mit der Platte. Die sich beim Befahren des Gleises zwangsläufig ergebende sog.
Abhebewelle der Schiene wird daher in Gleislängsrichtung ungedämpft auf die Platte übertragen. Hieraus ergeben sich wiederum Torsionsbeanspruchungen der Platten und der Querschwellen in Fahrtrichtung, mit der Folge, dass sich plastische Verformungen der Schwellendeckfläche einstellen, die wiederum zwangsläufig eine Lockerung der Befestigung auf der Querschwelle nach sich ziehen.
Es ist zwar versucht worden, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, dass anstelle von Hakenschrauben, Klemmplatten und Federringen Spannhügel bzw. Spannklemmen eingesetzt werden. Hierdurch konnten zwar die Torsionsbeanspruchungen geringfügig reduziert werden. Gleichzeitig ergab sich jedoch auch eine unerwünschte Verminderung des für die Gleisstabilität besonders wichtigen Durchschub- und Verdrehwiderstandes.
Zweck der Erfindung ist es, alle Nachteile der gattungsmässigen Vorrichtungen zur Schienenbefestigung an Schwellen bzw. sonstigen Schienenstützpunkten weitestgehend zu beseitigen. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsvorrichtung für Schienen im Eisenbahnoberbau zu schaffen, die nicht nur eine permanent kraftschlüssige Festlegung der Unterlags- oder Rippenplatten oder der Abstützplatten auf der Schienenstützpunkt Auflagefläche gewährleistet, sondern auch eine Verminderung der Abmessungen für die Platten ermöglicht, trotzdem aber mindestens über die bei Holzschwellen übliche Liegedauer von 40- 50 Jahren hinweg ihre Funktion wartungs- und zerstörungsfrei erfüllt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 überraschend einfach gewährleistet.
Durch Einsatz dieser Massnahme ergibt sich zwar noch eine geringe - grundsätzlich nicht zu vermeidende - elastische Verformung der Schienenstützpunkt-Auflagefläche, jedoch wird durch die der Unterlags- oder Rippenplatte oder der Abstützplatte innewohnende, als Rückstellwirkung in Erscheinung tretende Eigenelastizität eine kraftschlüssige Reibverbindung zwischen dieser und der Schwellendeckfläche bzw. der Schienenstützpunkt-Auflagefläche auch dann aufrechterhalten, wenn Korrosionsverschleiss zwischen der Platte und dem Kopf der Schwellenschrauben eintritt. Ein Nachspannen der Schwellenschraube ist während der gesamten Liegedauer der insbesondere aus Holz bestehenden Querschwellen praktisch damit nicht notwendig.
Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend weitere Einzelheiten und Vorteile erfindungsgemässer Vorrichtung zur Schienenbefestigung auf Schienenstützpunkten, insbesondere an Holzschwellen im Eisenbahnoberbau, durch Ausführungsbeispiele erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 im Querschnitt eine Schiene UIC 60 mit der zugehörigen Befestigungsvorrichtung, wobei in der rechten Hälfte die als Befestigungselement dienende Hakenschraube nicht endmontiert, in der linken Hälfte jedoch endmontiert dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung zur Schienenbefestigung nach
Fig. 1 in der Draufsicht;
Fig. 3 gibt die Vorrichtung zur Schienenbefestigung nach den Fig. 1 und 2 in der Seitenansicht wieder; aus
Fig. 4 ist eine bei der Vorrichtung zur Schienenbefestigung nach den Fig. 1 bis 3 benutzte Unterlags- oder Rippenplatte in vorgewölbtem, unverspanntem Zustand und in der Hauptansicht ersichtlich, während
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Platte gemäss der Fig. 4,
Fig. 6 eine Seitenansicht der Platte,
Fig. 7 einer Längsansicht einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Schienenbefestigung an Querschwellen, die anstelle von Unterlags- oder Rippenplatten mit Abstützplatten ausgestattet ist,
Fig. 8 eine Draufsicht auf dieselben und
Fig. 9 eine Seitenansicht derselben.
Beim Eisenbahnoberbau wird die eigentliche Gleisanlage sehr oft mittels Querschwellen 1 auf das Schotterbett verlegt.
Dabei werden als Querschwellen 1 weitgehend imprägnierte Holzschwellen mit geeicherten Schwellenenden in das Schotterbett verlegt. Als Schwellenhölzer finden Buche und Eiche oder auch Kiefer und Tropenhölzer, wie Keruing, Verwendung.
Die in bestimmten Abständen voneinander verlegten Querschwellen 1 sind mittels der Schienenbefestigung 2 kippsicher mit den Schienen 3 zu einem verhältnismässig steifen Gleisrahmen verbunden. Jede der Schienenbefestigungen 2 setzt sich aus einer Unterlags- oder Rippenplatte 4, aus mehreren, beispielsweise vier, diese mit der Querschwelle 1 verbindenden Schwellenschrauben 5 sowie einerseits mit der Unterlags- bzw. Rippenplatte 4 kuppelbaren sowie andererseits am Schienenfuss angreifenden Spanngliedern zusammen, die nach Fig. 1 bis 3 beispielsweise durch Hakenschrauben 6, Klemmplatten 6' und Federringe 6" gebildet werden. Anstelle von Hakenschrauben, Klemmplatten und Spannringen 6 ist es natürlich auch möglich, als Spannglieder Spannbügel oder Spannklemmen zu benutzen, die mit dem Schienenfuss in Wirkverbindung gebracht werden.
Die Unterseite des Schienenfusses stützt sich dabei zwischen den beiden Rippen 7 der Platte 4 nicht unmittelbar auf deren Oberseite ab. Vielmehr ist dort eine Zwischenlage 8 eingeschaltet.
In der linken Hälfte der Fig. list die als Spannglied benutzte Hakenschraube 6 in endmontiertem Zustand gezeigt, wobei die Klemmplatte 6' als Druckglied auf dem Schienenfuss aufliegt, während die Vorspannung über die mit der Hakenschraube zusammenwirkende Mutter und den Federring 6" erzeugt wird.
Die rechte Hälfte der Fig. 1 zeigt hingegen Hakenschraube 6 mit Mutter, Klemmplatte 6' und Federring 6" im nicht endmontierten Zustand.
Für die Wirksamkeit der Schienenbefestigung 2 ist es besonders wichtig, dass die Auflagefläche 9 der Platte 4 insgesamt und permanent kraftschlüssig mit der Schwellendeckfläche 10 in Berührung gehalten wird. Zum Erreichen dieses Zieles wird, wie die Fig. 4 und 6 erkennen lassen, die Platte 4 mit einer mindestens von zwei sich gegenüberliegenden Begrenzungskanten, hier den beiden Längsbegrenzungskanten 4', aus nach einwärts und unten durchgewölbten Ausgangsform verwendet.
Beim Ausführungsbeispiel der Platte 4 nach den Fig. 4 bis 6 verläuft die Scheitellinie 12 in Querrichtung und zwar solcherart, dass sie mit der Mittelachse 13 der Platte 4 zusammenfällt.
In anderen Fällen kann sich jedoch die Wölbungslinie 11 auch parallel zur Mittelachse 13 der Platte 4 erstrecken, dergestalt, dass dann die Scheitellinie 12 mit der Mittelachse 14 zusammenfällt.
Schliesslich ist es aber auch denkbar, dass die Wölbung der Platte 4 so verläuft, dass sie vorzugsweise eine sphärische Fläche bildet, die gewissermassen nur einen Scheitelpunkt im Kreuzungsbereich von Mittelachsen 13 und 14 hat.
Die Wölbungslinie 11 für die Auflageflächen 9 der Unterlags- bzw. Rippenplatte 4 kann kurvenförmigen Verlauf haben, z.B. einem Kreis- oder Ellipsenbogen oder anderen zweckmässigen geometrischen Kurven entsprechen. Sie kann aber auch durch unter bestimmbaren Anschlusswinkeln aneinandergereihte Geraden und/oder Flachbogen begrenzt werden.
Die Unterlags- oder Rippenplatten 4 nach den Fig. 4 bis 6 lassen sich entweder aus Walzprofilen fertigen oder aber auch als Gesenkschmiede-, Guss- oder Schweissteil herstellen. Besonders zweckmässig kann es sein, diese Platten 4 zunächst eben gewalzt oder gepresst vorzufertigen und anschliessend durch Kaltverformung im Gesenk mit der Wölbungslinie 11 auszustatten.
Wichtig ist, dass die die Wölbungslinie 11 aufweisenden Platten 4 sich mit Hilfe der vier, jeweils ein Loch, insbesondere ein Ovalloch 15, mit relativ grossem Spiel durchdringenden Schwellenschrauben 5 oder dergleichen elastisch verspannen und dadurch mit ihrer gesamten Auflagefläche 9 kraftschlüssig gegen die Schwellendeckfläche 10 verspannen lassen. Durch entsprechendes Anziehen der Schwellenschrauben 5 oder dergleichen lässt sich damit eine bestimmte Flächenpressung zwischen der Auflagefläche 9 der Platte 4 und der Schwellendeckfläche 10 erzeugen. Diese wird dann zur Übertragung der von der Schiene 3 auf die Platte 4 einwirkenden Horizontalkräfte herangezogen.
Je grösser dabei der in Vertikalrichtung zurückzulegende elastische Weg 24 der Verspannung ist (Fig. 4), desto grösser ist auch, und zwar in Abhängigkeit von Materialqualität, Plattendimensionierung und Wölbungsform die erzielbare Flächenpressung. Als optimal hat sich für die Gestaltung der Wölbungslinie 11 dabei aufgrund von Versuchen eine Kurvenform erwiesen.
Natürlich kann zur Erreichung einer optimalen Flächenpressung auch ein bestimmter Polygonzug mit verschiedenen Anschlusswinkeln oder eine geometrische Kurvenform mit quadratischen oder kubischen Ordnung benutzt werden.
Schliesslich ist es aber auch möglich, die Wölbungslinie 11 durch Kopplung mehr oder weniger langer Geraden mit Flachbögen und Zwischengeraden zu bilden. Auch unterschiedliche Wölbungen der Ober- und Unterseite sowie des inneren und äusseren Bereiches sind denkbar.
Durch Verwendung solchermassen ausgestalteter Unterlags- bzw. Rippenplatten 4 als wesentliches Funktionsteil von Vorrichtungen zur Schienenbefestigung wird erwartet, dass im Dauerbetrieb über die Gesamtliegezeit von Holzschwellen, d.h. etwa 40 bis 50 Jahre lang, die elastische Verspannung der Unterlags- bzw. Rippenplatte 4 mit der Schwellendeckfläche 10 und die Verankerungsspannung im Bereich der Rippen 7 trotz der statisch und dynamisch von aussen wirkenden Radlast erhalten bleiben, ohne dass die maximalen Flächen- und Kantenpressungen die zulässigen Dauerflächenpressungen der bei Schwellen verwendeten Holzarten und sonstigen Materialien überschreiten.
Durch die beschriebene Ausgestaltung und Verspannung der Unterlags- oder Rippenplatten 4 können die bisher zwischen den Schwellenschrauben 5 und den Platten verwendeten Federringe vermieden werden. Die elastisch verspannte Platte 4 erfüllt die Funktion der Aufrechterhaltung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen ihr und der Schwel lendeckfläche wesentlich besser als solche Federringe. Federringe haben einen für diesen Einsatzzweck sehr kleinen ungünstigen, progressiven Federkennweg. Dadurch nimmt schon bei geringen elastischen und plastischen Verformungen der Schwellendeckfläche 10 die Spannungshaltung stark ab. Dagegen weisen vorgewölbte Unterlagsplatten einen für den vorgesehenen Zweck wesentlich grösseren und damit günstigeren, flacheren verlaufenden Kraft-Federweg auf, der sich einem linearen Verlauf annähert.
Eine baulich abgewandte Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Schienenbefestigung an Querschwellen ist in den Fig. 7 bis 9 gezeigt.
Hier werden jeweils an Stelle einer einstückigen durchgehenden Platte 4 zur Bildung von Schienenbefestigungen 16 an Querschwellen 1 zwei sogenannte Rippenabstützplatten 17 in Benutzung genommen. Die beiden Abstützplatten 17 sind dabei im seitlichen Abstand nebeneinander so auf die Schwellendeckfläche 10 aufgesetzt, dass in den freibleibenden Raum der Fuss der Schiene 3 auf eine Zwischenlage 18 gesetzt werden kann.
Die bauliche Ausführung der beiden Abstützplatten 17 ist dabei identisch. Sie sind lediglich zu beiden Seiten des Schienenfusses relativ zueinander um 1800 verdreht angeordnet.
Mit den Rippen 19 jeder Abstützplatte 17 wirken dabei aus Hakenschrauben 6, Klemmplatten 6' und Federringe 6" bestehende Spannmittel in gleicher Weise zusammen wie mit der bereits beschriebenen Ausführungsform der Platte 4. Als Spannmittel können aber auch hier Spannbügel oder Spannklemmen benutzt werden.
Auch diese Abstützplatten 17 haben im unverspannten Zustand - wie aus der linken Hälfte der Fig. 9 ohne weiteres ersichtlich - eine von sich gegenüberliegenden Begrenzungskanten, hier den Quer-Begrenzungskanten 17' (Fig. 8), aus nach einwärts und unten durchgewölbten Ausgangsformen, wobei die Scheitellinie 21 der Wölbung mit der Quermittelachse jeder Rippenabstützplatte 17 zusammenfällt.
Die Schwellenschrauben 5 wirken mit den Abstützplatten 17 jeweils über nach deren Querbegrenzungskanten 17' offenen sowie gegen die Schienen-Längsachse geneigt verlaufenden Eingriffsschlitzen 23 zusammen, die zur Lagekorrektur der Schiene dienen, derart, dass sich bei einer Längsverschiebung der Abstützplatten 17 relativ zu den Schwellenschrauben 5 zwangsläufig auch eine Bewegungskomponente in Querrichtung einstellt. Hierdurch lassen sich die Abstützplatten 17 auch in Querrichtung gegen den Schienenfuss verspannen sowie durch Anziehen der Schwellenschrauben 5 mit einer aus der Wölbungslinie 20 resultierenden Vorspannung permanent kraftschlüssig gegen die Schwellendeckfläche 10 festlegen, wie das aus der rechten Hälfte der Fig. 9 ersichtlich ist.
Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass es vielfach noch von Vorteil ist, wenn die Auflagefläche 9 der Unterlags- oder Rippenplatten 4 bzw. der Abstützplatten 17 Oberflächenaufrauhungen erhalten. Diese können als Riffelungen, Kordelungen, Buckel, Warzen ausgeformt oder auch durch Sandstrahlen hergestellt werden. Diese Massnahmen erhöhen nicht nur den Reibungskoeffizienten, sondern ergeben auch noch eine mechanische Verzahnung mit der Schwellendeckfläche 10.
Auch das Verkleben der Platten 4 bzw. der Abstützplatten 17 mit der Schwellendeckfläche 10 ist zusätzlich möglich. Das ist besonders vorteilhaft, wenn Weichholzschwellen, z.B. aus Kiefer, verwendet werden. In diesem Falle sollten jedoch Unterlags- bzw. Rippenplatten 4 bzw. Abstützplatten 17 mit geringfügig vergrösserter Auflagefläche 9 benutzt werden.
Besonders nützlich ist das Verkleben der elastisch vorgespannten Platten 4 oder der Abstützplatten 17 bei Stützpunkten für den schotterlosen Oberbau bzw. für Querschwellen aus Beton. Es sollten in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Platten 4 oder Abstützplatten 17 Schwellenschrauben 5 verwendet werden, deren Bund an seiner Auflagefläche abgerundete Umfangskanten hat, damit ein Eindringen derselben in die Palettenoberfläche verhin dert wird.
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PATENT CLAIMS
1. Device for rail fastening on transverse or longitudinal sleepers and on sleeper-less rail support points, in particular on wooden sleepers (1) in the railway superstructure, which have a on the sleeper top surface (10) or
has the base plate (4) that can be placed on the rail base or two interacting support plates (17) that can be anchored to the sill (1) or the rail base by screws (5) and on or between which the rail base is fastened by means of tensioning means (6 , 6 ', 6tut) can be fastened in an elastically positive manner, characterized in that the base plate (4) or the support plates (17) bulges downward from their boundary edges (4', 17 ') and by means of the screws (5) with elastic deformation flat on the threshold cover surface (10) or
the rail base support surface can be braced or
are.
2. Device according to claim 1, characterized in that in the case of a rectangular base plate (4) or rectangular support plates (17) the apex lines (12, 21) coincide with one of the central axes (13, 14, 22) (FIGS. 5, 8, 9).
3. Device according to claim 2, characterized in that the apex line (12, 21) extends transversely to the longitudinal axis (14), the base plate (4) or the support plates (17).
4. The device according to claim 3, characterized in that the curve line (11) extends on both sides over the transverse axis (13) of the base plate (4).
5. The device according to claim 2, characterized in that the apex line (12) over the base plate (4) extends diagonally.
6. The device according to claim 1, characterized in that the curvature line (11, 20) of the base plate (4) or the support plates (17) is curved, in particular corresponding to a circle, an ellipse, a parabolic arc or a polygon.
7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base plate (4) or the support plates (17) consists of a rolled profile or
consist.
8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base plate (4) or the support plates (17) are designed as drop forged parts.
9. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base plate (4) or the support plates (17) consist of cast iron, in particular of steel or nodular cast iron.
10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the bearing surfaces (9) of the base plate (4) or the support plates (17) are provided with corrugations, cords, humps or warts.
The invention relates to a device for rail fastening according to the preamble of claim 1.
In the case of rail fastenings of this type, the underlay or rib plates or the rib support plates serve to transmit forces from the rail to the sleeper or
to transfer the rail base and at the same time determine the position of the two rails in relation to one another so that the required track width for the wheel sets of the vehicles is maintained at every point on the track.
The underlay or rib plates or the rib support plates thus form a particularly important component of the rail fastening, because the horizontal forces are transferred from the rails to the rail bases. This means that the plates can only be secured against relative displacement to the sleeper cover surface or to the rail base support surface, and in particular in the direction transverse to the longitudinal axis of the track, only by the support surface of the panels as a whole by the sleeper screws or the like with considerable surface pressure on the Threshold cover surface or the rail base is pressed so that the free horizontal forces acting on the plates can be transmitted as frictional forces to the cross sleepers or the rail base without displacement.
These requirements have existed since the introduction of rail fastenings, the underlay or ribbed plates or support plates of which are fastened to wooden sleepers using sleeper screws. However, they have so far not been satisfactorily fulfilled. Practice has shown that most plates in the tensioned state with the cross sleeper or the rail base between their support surface and the rail base support surface achieve no or only a small and therefore insufficient frictional contact, which also becomes less and less with increasing service life of the track systems.
It had to be determined that in practice, even with a newly installed rail base, only in the immediate vicinity of the sleeper bolts or the like, regardless of whether they were tensioned with or without spring washers - a force-transmitting frictional connection between the plates and the rail base contact surface is achieved.
This tension, which is still very effective at the beginning, between the underlay or ribbed plates or the support plates and the sleeper cover surface or the rail base support surface, however, often decreases considerably after a short period of inactivity, because a plastic deformation of the sleeper cover surface occurs due to the high tension forces. In addition to the shifting of the plates caused by the action of horizontal forces with the resulting change in the track, there is the further disadvantage that the perforated walls of the plates contact the shafts of the sleeper bolts and, due to the load resulting from driving on the track, bending stresses on the sleeper bolts exercise, whereby the permanent firm seat of the sleepers is impaired.
Since the loosening of the underlay or ribbed plates or the supporting plates leads to a reduction in the overall stability of the track, double or triple tensioning spring washers have also been provided between these and the head of the sleeper screws. However, since such spring washers not only have a small spring travel, but also also have an unfavorable progressive spring characteristic, their effectiveness is often impaired even by a relatively small plastic deformation of the threshold cover surface. Such spring washers also often break due to their unfavorable spring characteristics.
It has also been shown that when the known rail fastenings are used in conjunction with wooden sleepers, a very high surface pressure arises around the sleeper screws, which causes a plastic-elastic deformation of the sleeper cover surface. This in turn results in the disadvantage that the plates bulge upward in their central region and thus stand out from the threshold cover surface in the rail region.
When the underlay or ribbed plates or the support plates are passed over, an abrupt pushing of the same occurs in the curved area - the so-called pumping. This pumping then naturally leads to a gradual mechanical destruction of the threshold cover area.
Attempts have also been made to
To prevent pumping of the plates, in particular in that the plates laid in the area of switches were given a thickness of 20 mm instead of 16 mm.
However, this costly measure only slightly reduced the undesirable pumping effect.
The most widespread rail fastening initially results in a relatively rigid connection to the plate due to the high tensioning of the rail foot via the hook screws, clamping plates and spring washers. The so-called so-called.
Lifting shaft of the rail is therefore transferred to the plate undamped in the longitudinal direction of the track. This in turn results in torsional stresses on the panels and crossbars in the direction of travel, with the result that plastic deformations of the threshold cover surface occur, which in turn inevitably lead to a loosening of the fastening on the crossbar.
An attempt has been made to avoid this disadvantage by using bumps or clamps instead of hook screws, clamping plates and spring washers. As a result, the torsional stresses could be reduced slightly. At the same time, however, there was also an undesirable reduction in the push-through and twisting resistance, which is particularly important for track stability.
The purpose of the invention is to eliminate as far as possible all the disadvantages of the generic devices for fastening rails to sleepers or other rail bases. Therefore, the invention has for its object to provide a fastening device for rails in the railway superstructure, which not only ensures a permanent non-positive fixing of the underlay or ribbed plates or the support plates on the rail support bearing surface, but also enables a reduction in the dimensions for the plates, nevertheless but at least over the usual duration of 40-50 years with wooden sleepers, it fulfills its function maintenance and non-destructively.
The solution to this problem is surprisingly easily ensured according to the invention by the characterizing features of claim 1.
By using this measure, there is still a slight - in principle unavoidable - elastic deformation of the rail base support surface, but the inherent elasticity of the base plate or ribbed plate or the support plate, which appears as a restoring effect, creates a frictional frictional connection between the latter and the Maintain the threshold deck surface or the rail base contact surface even if corrosion wear occurs between the plate and the head of the sleeper bolts. Retensioning the sleeper screw is therefore practically not necessary during the entire duration of the cross sleepers, which are made in particular of wood.
Based on drawings, further details and advantages of the device according to the invention for rail fastening on rail support points, in particular on wooden sleepers in the railway superstructure, are explained below using exemplary embodiments. Here shows:
1 shows in cross section a rail UIC 60 with the associated fastening device, the hook screw serving as fastening element not being assembled in the right half, but being shown assembled in the left half.
Fig. 2 shows the device for rail fastening
Fig. 1 in plan view;
Fig. 3 shows the device for rail fastening according to Figures 1 and 2 in side view. out
FIG. 4 shows a base plate or rib plate used in the device for rail fastening according to FIGS. 1 to 3 in the arched, unstressed state and in the main view, while
5 is a plan view of the plate according to FIG. 4,
6 is a side view of the plate,
7 shows a longitudinal view of another embodiment of a device for fastening rails to cross sleepers, which is equipped with supporting plates instead of underlay or ribbed plates,
Fig. 8 is a plan view of the same and
Fig. 9 is a side view of the same.
In the railway superstructure, the actual track system is very often moved to the ballast bed by means of cross sleepers 1.
Largely impregnated wooden sleepers with calibrated sleeper ends are laid in the ballast bed as cross sleepers 1. Beech and oak or even pine and tropical woods such as keruing are used as sleepers.
The transverse sleepers 1, which are laid at certain intervals from one another, are connected to the rails 3 in a tilt-proof manner by means of the rail fastening 2 to form a relatively rigid track frame. Each of the rail fastenings 2 is composed of a base plate or rib plate 4, of several, for example four, tie bolts 5 connecting them to the cross sleeper 1 and, on the one hand, coupling elements that can be coupled to the base plate or rib plate 4 and, on the other hand, act on the rail foot, which according to FIG 1 to 3 are formed, for example, by hook screws 6, clamping plates 6 'and spring washers 6 ". Instead of hook screws, clamping plates and clamping rings 6, it is of course also possible to use clamping brackets or clamping clamps as clamping elements which are brought into operative connection with the rail foot.
The underside of the rail foot is not supported directly between the two ribs 7 of the plate 4 on the upper side thereof. Rather, an intermediate layer 8 is switched on there.
In the left half of the figure, the hook screw 6 used as a tension member is shown in the final assembled state, the clamping plate 6 'resting on the rail foot as a pressure member, while the pretension is generated by the nut cooperating with the hook screw and the spring ring 6 ".
The right half of FIG. 1, however, shows hook screw 6 with nut, clamping plate 6 'and spring washer 6 "in the non-final assembled state.
For the effectiveness of the rail fastening 2, it is particularly important that the bearing surface 9 of the plate 4 is held in contact with the sleeper cover surface 10 in a permanent and non-positive manner. To achieve this goal, as can be seen in FIGS. 4 and 6, the plate 4 with at least one of two opposing boundary edges, here the two longitudinal boundary edges 4 ', is used from an inwardly and downwardly curved initial shape.
In the exemplary embodiment of the plate 4 according to FIGS. 4 to 6, the apex line 12 runs in the transverse direction and in such a way that it coincides with the central axis 13 of the plate 4.
In other cases, however, the curvature line 11 can also extend parallel to the central axis 13 of the plate 4, such that the apex line 12 then coincides with the central axis 14.
Finally, it is also conceivable that the curvature of the plate 4 extends such that it preferably forms a spherical surface which to a certain extent only has one vertex in the area of intersection of central axes 13 and 14.
The curve line 11 for the support surfaces 9 of the base or ribbed plate 4 can have a curved course, e.g. correspond to a circular or elliptical arc or other suitable geometric curves. However, it can also be limited by straight lines and / or flat bends strung together at determinable connection angles.
The underlay or ribbed plates 4 according to FIGS. 4 to 6 can either be manufactured from rolled profiles or can also be produced as drop-forged, cast or welded parts. It may be particularly expedient to first prefabricate these plates 4 in a flat manner, rolled and pressed, and then to provide them with the bulge line 11 by cold forming in the die.
It is important that the plates 4 which have the curvature line 11 are elastically braced with the aid of the four sleeper screws 5 or the like, each penetrating a hole, in particular an oval hole 15, with a relatively large amount of play, and are thus non-positively braced against the sleeper top surface 10 with their entire contact surface 9 to let. By appropriately tightening the sleeper screws 5 or the like, a certain surface pressure can be generated between the support surface 9 of the plate 4 and the sleeper cover surface 10. This is then used to transmit the horizontal forces acting on the plate 4 from the rail 3.
The greater the elastic path 24 of the bracing to be covered in the vertical direction (FIG. 4), the greater the surface pressure that can be achieved, depending on the quality of the material, the dimensioning of the plate and the shape of the curvature. Based on tests, a curve shape has proven to be optimal for the design of the curvature line 11.
Of course, a specific polyline with different connection angles or a geometric curve shape with square or cubic order can be used to achieve an optimal surface pressure.
Finally, however, it is also possible to form the curvature line 11 by coupling more or less long straight lines with flat arcs and intermediate straight lines. Different curvatures of the top and bottom as well as the inner and outer area are also conceivable.
By using such underlaying or ribbed plates 4 as an essential functional part of devices for rail fastening, it is expected that in continuous operation over the total lay time of wooden sleepers, i.e. For about 40 to 50 years, the elastic bracing of the underlay or ribbed plate 4 with the threshold top surface 10 and the anchoring tension in the area of the ribs 7 are retained despite the static and dynamic external wheel load, without the maximum surface and edge pressures permissible permanent surface pressures of the types of wood and other materials used in sleepers.
The described design and bracing of the underlay or rib plates 4 make it possible to avoid the spring washers previously used between the sleeper screws 5 and the plates. The elastically tensioned plate 4 fulfills the function of maintaining a positive connection between it and the smoldering cover surface much better than such spring washers. Spring washers have a very small, unfavorable, progressive spring characteristic for this purpose. As a result, the voltage retention decreases considerably even with slight elastic and plastic deformations of the threshold cover surface 10. In contrast, bulging washers have a force spring travel that is substantially larger and therefore cheaper and flatter for the intended purpose, which approaches a linear course.
A structurally opposite embodiment for a device for fastening rails to cross sleepers is shown in FIGS. 7 to 9.
Here, instead of a one-piece continuous plate 4 to form rail fastenings 16 on cross sleepers 1, two so-called rib support plates 17 are used. The two support plates 17 are placed side by side on the threshold cover surface 10 in such a way that the foot of the rail 3 can be placed on an intermediate layer 18 in the free space.
The construction of the two support plates 17 is identical. They are only rotated by 1800 on both sides of the rail foot relative to each other.
With the ribs 19 of each support plate 17, tensioning means consisting of hook screws 6, clamping plates 6 'and spring washers 6 "act in the same way as with the previously described embodiment of the plate 4. However, tensioning brackets or tensioning clamps can also be used here.
These support plates 17 have in the unstressed state - as can be seen from the left half of FIG. 9 without further ado - one of opposing boundary edges, here the transverse boundary edges 17 '(FIG. 8), from inward and downward arched initial forms, whereby the apex line 21 of the curvature coincides with the transverse central axis of each rib support plate 17.
The sleeper screws 5 interact with the support plates 17 in each case via engagement slots 23 which are open according to their transverse boundary edges 17 'and which are inclined with respect to the longitudinal axis of the rail and which serve to correct the position of the rail, such that when the support plates 17 are displaced longitudinally relative to the sleeper screws 5 inevitably also sets a movement component in the transverse direction. As a result, the support plates 17 can also be braced in the transverse direction against the rail foot and, by tightening the sleeper screws 5 with a prestress resulting from the curvature line 20, fixed non-positively against the sleeper cover surface 10, as can be seen from the right half of FIG. 9.
Finally, it should be pointed out that it is often advantageous if the bearing surface 9 of the underlay or rib plates 4 or of the support plates 17 has surface roughening. These can be shaped as corrugations, cords, humps, warts or can also be produced by sandblasting. These measures not only increase the coefficient of friction, but also result in mechanical interlocking with the threshold cover surface 10.
It is also possible to glue the plates 4 or the support plates 17 to the threshold cover surface 10. This is particularly advantageous when softwood sleepers, e.g. made of pine. In this case, however, base plates or rib plates 4 or support plates 17 with a slightly enlarged contact surface 9 should be used.
It is particularly useful to glue the elastically prestressed plates 4 or the support plates 17 at support points for the ballastless superstructure or for transverse sleepers made of concrete. It should be used in conjunction with the above-described plates 4 or support plates 17 threshold screws 5, the collar of which has rounded peripheral edges on its support surface, so that penetration of the same into the pallet surface is prevented.