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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwellensohlen zur unterseitigen elastischen Besohlung von Betonschwellen für Bahngleise mit Schotterbettung, die Schwellensohle, die besohlte Betonschwelle sowie das Bahngleis.
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Hintergrund und Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Eine der häufigsten Bauweisen von Bahngleisen ist die Ausführung mit Schotteroberbau, d.h. die Bahnschwellen werden in einer Schotterbettung verlegt. Bei Verwendung von Betonschwellen besteht normalerweise ein harter Kontakt zwischen der Betonschwelle und dem Schotter, was zu einer geringen Kontaktfläche zwischen dem Schotter und der Betonschwelle führt. Ferner besteht ein relativ geringer Querverschiebewiderstand und es entsteht eine relativ hohe Schotterbeanspruchung. Beim Befahren des Bahngleises mit einem Zug werden sowohl vertikale Kräfte als auch Querkräfte von dem Schienen-Schwellen-System über die Schwellen auf die Schotterbettung übertragen und abgeleitet. Diese dauerhafte Beanspruchung des Schotteroberbaus kann über einen gewissen Zeitraum eine horizontale Verschiebung der Gleislage als auch vertikale Unebenheiten des Gleises bewirken. Daher erfordert die dauerhafte Befahrung eines Bahngleises mit Schotteroberbau, dass das Schotterbett regelmäßig gestopft werden muss. Zum Stopfen werden Schottergleise typischerweise mit speziellen Gleisstopfmaschinen oder Stopfzügen befahren, um das Schottergleis wieder zu nivellieren und dynamisch zu stabilisieren. Das Stopfen von Schottergleisen, das im Fachjargon auch als „Grampen“ bezeichnet wird, ist ein zeit- und kostenaufwändiger Prozess, der überdies mit einer hohen Lärmbelästigung einhergeht.
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Es hat sich gezeigt, dass es in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein kann, Betonschwellen an ihrer Unterseite mit Schwellensohlen, auch als Undersleeperpads bezeichnet, zu besohlen. Eine Schwellensohle umfasst typischerweise eine elastische Schicht, die für eine dynamische Entkopplung zwischen der Betonschwelle und der Schotterbettung sorgen kann. Dadurch können ggf. die Wartungsintervalle, insbesondere die Intervalle zwischen dem Nachstopfen der Schotterbettung vergrößert werden.
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Beim Besohlen von Betonschwellen mit einer elastischen Schwellensohle stellt unter anderem die dauerhafte Verbindung zwischen der elastischen Schwellensohle und dem Schwellenkörper aus Beton eine Herausforderung dar, insbesondere im Hinblick auf die bei der Befahrung eines Bahngleises mit einem Zug auftretenden dynamischen Kräfte und deren Ableitung in die Schotterbettung. Es wurden bereits eine Reihe von recht unterschiedlichen Lösungsansätzen zur Besohlung von Betonschwellen vorgeschlagen.
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In der
EP 2 545 219 B1 wird vorgeschlagen, eine Betonschwelle mit einer unterseitigen Kunststoffbesohlung zu versehen, wobei eine Wirrfaserschicht in die Unterseite der Betonschwelle eingebettet ist, die durch Verkleben oder Verschweißen mit einer ein- oder mehrlagigen Kunststoffplatte verbunden ist. Hierbei handelt es sich also um einen nachgelagerten Prozess mit Neuwaren als Haftmatte, was in Bezug auf Produktionseffizienz, Kosten und Umweltaspekte als verbesserungswürdig erscheint. Nachteilig hierbei erscheint ferner die Verbindung zwischen der Wirrfaserschicht und der ein- oder mehrlagigen Kunststoffplatte sowie die Stabilität der Wirrfaserschicht und die Reproduzierbarkeit der Verbindungsparameter.
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In der
EP 2 622 138 B1 wird vorgeschlagen, an der Unterseite der Betonschwelle eine elastische Sohle vorzusehen und eine Haftmatte mit aufrechten Filamenten einzusetzen, die in die Betonschwelle eingebettet werden. Die Filamente werden hierzu an einer Basis der Haftmatte befestigt und die Basis der Haftmatte wird wiederum an einer elastischen Matte befestigt. Die Basis der Haftmatte ist dabei gewebt, um die Filamente daran zu befestigen. Eine solche textile Haftmatte erscheint relativ aufwendig und instabil. Ferner handelt es sich auch hierbei um einen nachgelagerten Prozess mit Neuwaren als Haftmatte.
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In der
EP 2 625 338 B1 wird vorgeschlagen, eine Kunststoffschaumschicht, insbesondere aus Polyurethanschaum, an die Unterseite der Eisenbahnschwelle anzuschäumen, was aufwendig in der Herstellung erscheint. Insbesondere werden vollständig hochwertige Neuwaren eingesetzt, was in Bezug auf Kosten und Umweltaspekte als verbesserungswürdig erscheint.
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In der
EP 2 697 430 B1 wird vorgeschlagen, die Schwellensohle mit dem Betonkörper über eine Verbindungslage zu verbinden, die über einen Teil ihrer Dicke in den Beton eingebettet ist. Hier wird die Verbindungslage insbesondere von einem Abstandsgewirke gebildet. Auch hierbei werden vollständig hochwertige Neuwaren eingesetzt.
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In der
EP 2 946 036 B1 wird vorgeschlagen, eine Schwellensohle, die aus einem elastischen Kunststoff besteht, mit Fasern zu beflocken, damit die Fasern einerseits mit der Schwellensohle und andererseits mit dem Betonkörper verbunden sind. Auch dies erscheint relativ aufwendig und kostenintensiv. Im Übrigen werden auch hierbei vollständig hochwertige Neuwaren eingesetzt.
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In der
WO 2021/250170 A1 wird eine Schwellenbesohlung aus einem Faserrezyklatmaterial mit Textilfasern beschrieben.
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Die meisten dieser teilweise sehr unterschiedlichen Ansätze zur Ausbildung einer Schwellenbesohlung und deren Befestigung an der Betonschwelle haben den Nachteil, dass die Herstellung der Schwellensohlen in einem preislich kompetitiven Umfeld aufwendig und kostenintensiv sind. Die genannten Besohlungen können ferner jeweils spezifische qualitative Nachteile, z.B. teilweise hinsichtlich der Haftung am Beton oder der Langlebigkeit aufweisen oder es werden im Wesentlichen Neuwaren eingesetzt.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine nachhaltige Schwellenbesohlung bereitzustellen, die einfach, schnell und kostengünstig in sehr großen Stückzahlen herzustellen ist und trotzdem den hohen Qualitätsanforderungen bei Bahngleisen genügt.
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Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine alternative Schwellenbesohlung zur Verfügung zu stellen, die eine stabile, langlebige und reproduzierbare Verankerung der Schwellensohle an der Betonschwelle gewährleistet.
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Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, die Wartungsintervalle, insbesondere die Stopfintervalle eines Bahngleises mit Betonschwellen in Schotterbettung zu verlängern und die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden oder zumindest zu mindern.
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Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, die Kontaktfläche zum Beton zu erhöhen, insbesondere mittels geometrischer Maßnahmen oder durch geeignete Steifigkeit der Schichten, um die Beanspruchung des Schotters zu reduzieren und die Wartungsintervalle zu verlängern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Schwellensohlen für Bahnschwellen, insbesondere Betonschwellen zur Verfügung gestellt. Mit der Schwellensohle kann die Betonschwelle an ihrer bezüglich der Einbaulage befindlichen Unterseite elastisch besohlt werden, um eine elastische dynamische Entkopplung zwischen der Betonschwelle und der Schotterbettung zu bewirken.
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Die Schwellensohle ist hergerichtet zur unterseitigen elastischen Besohlung der Betonschwelle, die in dem Schotterbett eingebettet wird. Die Schwellensohle umfasst zwei Funktionsschichten, nämlich eine erste Schicht als dynamische Entkopplungsschicht, in Form einer unterseitigen elastischen Sohlenmattenschicht zur Auflage auf das Schotterbett, deren Elastizität die dynamische Entkopplung zwischen der Betonschwelle und der Schotterbettung bewirkt und eine zweite Schicht in Form einer oberseitigen Haftvermittlungsschicht, die im Beton der Betonschwelle verankert wird. Hierzu weist die Haftvermittlungsschicht an ihrer Oberseite Ankerelemente, insbesondere in Form von Einbettvorsprüngen auf, deren Größe und Form dazu hergerichtet ist, um in frischen Beton eingebettet zu werden. D.h. die Schwellensohle wird beim Gießen der Betonschwelle mit der Haftvermittlungsschicht in den noch frischen Beton eingedrückt, derart dass die Ankerelemente in dem Beton eingebettet werden, also von dem Beton umschlossen werden. Nach dem Aushärten des Betons sind dann die Ankerelemente fest in der Betonschwelle verankert, so dass damit die Schwellensohle als Ganzes flächig an der Unterseite der Betonschwelle verankert ist.
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Die Herstellung der Schwellensohle erfolgt vollständig durch spezielle Extrusionsverfahren. Dabei wird mittels Extrusion in einer Extrusionsvorrichtung ein fortlaufender zweischichtiger Schwellensohlenstrang hergestellt. Der Schwellensohlenstrang besteht aus einem extrudierten Entkopplungsschichtstrang, der nach dem Zuschneiden als Entkopplungsschicht wie bei einer klassischen Schwellensohle die elastischen Eigenschaften zur dynamischen Entkopplung des Gleises von der Schotterbettung aufweist und einem extrudierten Haftvermittlungsschichtstrang mit den Ankerelementen zur Einbettung in den Beton, der nach dem Zuschneiden die Haftvermittlungsschicht bildet. Beide Schichten können gemeinsam fortlaufend in ein- und demselben Extrusionsprozess, insbesondere gleichzeitig aus derselben gemeinsamen Profildüse extrudiert und sind durch die gemeinsame Extrusion aus der gemeinsamen Profildüse, also vor dem Zuschneiden, untrennbar, also nicht zerstörungsfrei trennbar, miteinander verbunden, um so den Schwellensohlenstrang zu bilden.
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Der so urgeformte Schwellensohlenstrang kann dann nachfolgend passend zur Form der Betonschwellen in einzelne Stücke von Schwellensohlen zugeschnitten werden, z.B. ausgestanzt werden, um nachfolgend mit der Haftvermittlungsschicht in den Beton der Betonschwelle eingebettet zu werden. Der Herstellungsprozess kann weiter vollständig automatisiert werden, einschließlich der Konturierung und dem Ablängen der Stücke von Schwellensohlen, so dass keine weiteren nachgelagerten Schritte wie bei herkömmlichen Rohlingen mehr erforderlich sind. Das Zuschneiden in Schwellensohlenstücke erfolgt also insbesondere erst nach der Herstellung des Schwellensohlenstrangs umfassend beide Funktionsschichten, nämlich den Enzkopplungsschichtstrang und den Haftvermittlungsschichtstrang.
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In vorteilhafter Weise kann demnach in effizienter und kostengünstiger Weise ein fortlaufender urgeformter zweischichtiger Schwellensohlenstrang hergestellt werden, der bereits beide erforderlichen Eigenschaften der Schwellensohle, nämlich einerseits dynamische Entkopplung und andererseits Einbettung in den Beton aufweist. Der extrudierte Strang braucht dann lediglich noch passend zugeschnitten zu werden, um eine Vielzahl von fertigen passenden Schwellensohlen mit der Form der Unterseite der Betonschwelle als Stücke zu erhalten.
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Die Extrusion des zweischichtigen Schwellensohlenstrangs bestehend aus dem Entkopplungsschichtstrang und dem Haftvermittlungsschichtstrang kann entweder i) aus derselben gemeinsamen Materialrezeptur, die in demselben gemeinsamen Extruderstrang mit demselben gemeinsamen Förderer zumindest teilweise aufgeschmolzen wird und aus derselben gemeinsamen Profildüse als fortlaufender einheitlicher Extrudatstrang extrudiert wird, so dass der Entkopplungsschichtstrang und der Haftvermittlungsschichtstrang aus derselben Materialrezeptur bestehen oder ii) mittels Coextrusion aus zwei unterschiedlichen Materialrezepturen, so dass der Entkopplungsschichtstrang und der Haftvermittlungsschichtstrang aus zwei unterschiedlichen Materialrezepturen bestehen, hergestellt werden. In beiden Fällen werden der Entkopplungsschichtstrang und der Haftvermittlungsschichtstrang gleichzeitig in derselben Extrusionsvorrichtung extrudiert.
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Im Fall i) ist der gemeinsame Förderer des gemeinsamen Extruderstrangs vorzugsweise als Schneckenextruder ausgebildet. Der gemeinsame Förderer kann ein oder mehrere Heißluftgebläse zum Erhitzen des Förderers aufweisen, um die thermoplastischen Bestandteile der gemeinsamen Materialrezeptur für die beiden Schichten in dem gemeinsamen Förderer aufzuschmelzen. Die Heizung des Förderers kann alternativ oder ergänzend mit einer Widerstandsheizung erfolgen.
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Die gemeinsame Materialrezeptur kann einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten:
- - granuliertes Elastomer-Rezyklat, insbesondere granuliertes Gummi-Rezyklat, insbesondere aus Styrol-Butadien-Kautschuk,
- - ein Polyolefin,
- - Kabelmantelschrot,
- - PET Fasern,
- - ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere auf Urethanbasis (TPE/U),
- - weitere Thermoplaste,
- - ein Ethylen-Polymer-Wachs, und/oder
- - weitere Zusätze,
wobei sich die Bestandteile zu 100% ergänzen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Schwellensohlenstrang aus einer Materialrezeptur extrudiert, die überwiegend granuliertes Elastomer-Rezyklat enthält, insbesondere granuliertes Gummi-Rezyklat, insbesondere aus Styrol-Butadien-Kautschuk. Die Granulatkörner werden vorzugsweise mit einem thermoplastischen Polymer gebunden.
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Das granulierte Elastomer-Rezyklat ist insbesondere ein Styrol-Butadien-Kautschuk-Rezyklat (SBR) aus rezyklierten Altreifen mit einer Körnung zwischen 0,01 mm bis 4 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 1,6 mm.
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Vorzugsweise beträgt der Anteil des granulierten Elastomer-Rezyklats, insbesondere SBR, zwischen 50 Gew.-% und 98 Gew.-%, insbesondere zwischen 70 Gew.-% und 95 Gew.-%, der Materialrezeptur.
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Das granulierte Elastomer-Rezyklat, insbesondere das granulierte Gummi-Rezyklat, insbesondere aus Styrol-Butadien-Kautschuk, wird in dem Extruder vorzugsweise im Wesentlichen nicht selbst aufgeschmolzen. Vorzugsweise werden die Elastomer-Rezyklat-Granulatkörner in einer thermoplastischen Matrix, insbesondere aus einem thermoplastischen Polymer, z.B. ein thermoplastisches Polyolefin, eingeschmolzen, um das Extrudat, also den Schwellensohlenstrang, zu bilden.
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Im Fall ii) werden der Entkopplungsschichtstrang und der Haftvermittlungsschichtstrang aus zwei unterschiedlichen Materialrezepturen in zwei unterschiedlichen Extrudersträngen mit zwei unterschiedlichen Förderern, insbesondere mit ein und derselben gemeinsamen Profildüse in einem Coextrusionsprozess als Coextrudatstrang extrudiert. D.h. die beiden unterschiedlichen Materialien für die elastische dynamisch entkoppelnde Entkopplungsschicht und die steifere Haftvermittlungsschicht können in zwei unterschiedlichen Förderern ggf. mit unterschiedlichen Temperaturen aufgeschmolzen werden und werden im aufgeschmolzenen Zustand in der gemeinsamen Profildüse zu einem zweischichtigen Strang verbunden, insbesondere miteinander verschmolzen. Dazu sind die beiden unterschiedlichen Förderer mit einem Y-förmigen Coextrusionsanschluss mit dem Eingang derselben gemeinsamen Profildüse verbunden. D.h. der erste der beiden Förderer fördert und schmilzt die thermoplastischen Bestandteile der ersten Materialrezeptur für den Entkopplungsschichtstrang auf und der zweite der beiden Förderer fördert und schmilzt die zweite Materialrezeptur für den Haftvermittlungsschichtstrang auf. Anschließend werden die beiden aufgeschmolzenen unterschiedlichen Materialrezepturen von den beiden unterschiedlichen Förderern durch den Coextrusionsanschluss in die gemeinsame Profildüse gepresst, in der gemeinsamen Profildüse geformt und zu einem zweischichtigen Coextrudatstrang miteinander verbunden, insbesondere verschmolzen, und vorzugsweise in der gemeinsamen Profildüse gemeinsam kalibriert, so dass die beiden fest verbundenen Schichten aus unterschiedlichem Material aus der gemeinsamen Profildüse als fortlaufender zweischichtiger Schwellensohlenstrang coextrudiert werden können. Dabei bilden die beiden unterschiedlichen Materialrezepturen also beide extrudierbare Materialien, welche insbesondere miteinander kompatibel sind.
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Der erste Förderer weist ferner vorzugsweise einen ersten Einfülltrichter, eine erste Einzugszone, eine erste Kompressionszone, und eine erste Ausstoßzone auf. Der zweite Förderer weist vorzugsweise einen zweiten Einfülltrichter, eine zweite Einzugszone, eine zweite Kompressionszone, und eine zweite Ausstoßzone auf. Es kann allerdings auch volumetrisch oder gravimetrisch direkt dosiert werden.
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Die Materialtemperaturen in der ersten und/oder zweiten Einzugszone, der ersten und/oder zweiten Kompressionszone, und/oder der ersten und/oder zweiten Ausstoßzone der beiden Förderer können dabei unabhängig voneinander eingestellt werden, um unterschiedlichen Schmelztemperaturen der unterschiedlichen Materialrezepturen gerecht zu werden.
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Vorzugsweise sind der erste und/oder zweite Förderer als Schneckenextruder ausgebildet und/oder weisen jeweils eine eigene Heizung, z.B. ein oder mehrere Heißluftgebläse oder eine Widerstandsheizung, zum Erhitzen des jeweiligen Förderers auf, um die erste bzw. zweite Materialrezeptur in dem ersten bzw. zweiten Förderer gesondert aufzuschmelzen.
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Die erste Materialrezeptur für den Entkopplungsschichtstrang enthält insbesondere einen oder mehrere der folgenden Bestandteile:
- - granuliertes Elastomer-Rezyklat, insbesondere granuliertes Gummi-Rezyklat, insbesondere aus Styrol-Butadien-Kautschuk,
- - ein Polyolefin,
- - Kabelmantelschrot,
- - PET Fasern,
- - ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere auf Urethanbasis (TPE/U),,
- - weitere Thermoplaste,
- - ein Ethylen-Polymer-Wachs, und/oder
- - weitere Zusätze,
wobei sich die Bestandteile zu 100% ergänzen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der elastische dynamisch entkoppelnde Entkopplungsschichtstrang aus einer ersten Materialrezeptur extrudiert, die überwiegend granuliertes Elastomer-Rezyklat enthält, insbesondere granuliertes Gummi-Rezyklat, insbesondere aus Styrol-Butadien-Kautschuk. Die Granulatkörner werden vorzugsweise mit einem thermoplastischen Polymer gebunden.
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Das granulierte Elastomer-Rezyklat der ersten Materialrezeptur ist insbesondere ein Styrol-Butadien-Kautschuk-Rezyklat (SBR) aus rezyklierten Altreifen mit einer Körnung zwischen 0,01 mm bis 4 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 1,6 mm.
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Vorzugsweise beträgt der Anteil des granulierten Elastomer-Rezyklats, insbesondere SBR, zwischen 50 Gew.-% und 98 Gew.-%, insbesondere zwischen 70 Gew.-% und 95 Gew.-%, der ersten Materialrezeptur.
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Das granulierte Elastomer-Rezyklat, insbesondere das granulierte Gummi-Rezyklat, insbesondere aus Styrol-Butadien-Kautschuk, wird in dem Extruder vorzugsweise im Wesentlichen nicht selbst aufgeschmolzen. Vorzugsweise werden die Elastomer-Rezyklat-Granulatkörner in einer thermoplastischen Matrix, insbesondere aus einem thermoplastischen Polymer, z.B. ein thermoplastisches Polyolefin, eingeschmolzen, um das Extrudat, also den Schwellensohlenstrang, zu bilden.
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Die zweite von der ersten verschiedene Materialrezeptur für den Haftvermittlungsschichtstrang kann einen oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten:
- - ein Polyolefin,
- - Kabelmantelschrot,
- - PET Fasern,
- - ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere auf Urethanbasis (TPE/U),
- - weitere Thermoplaste,
- - Verarbeitungsadditive, und/oder
- - weitere Zusätze,
wobei sich die Bestandteile zu 100% ergänzen.
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Vorzugsweise kann die zweite Materialrezeptur überwiegend aus einem thermoplastischen Polymer bestehen.
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Insbesondere ist die daraus hergestellte Haftvermittlungsschicht härter und/oder weniger elastisch als die Entkopplungsschicht, da Haftvermittlungsschicht nicht oder nur untergeordnet an der dynamischen Entkopplung der Schwellensohle teilnimmt, sondern im Wesentlichen lediglich der Verankerung und Haftung in dem Beton dient.
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Der Haftvermittlungsschichtstrang mit seinen Ankerelementen aus dem Coextruderstrang und der Entkopplungsschichtstrang aus dem Hauptextruderstrang werden insbesondere in der gemeinsamen Profildüse coextrudiert.
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Die Extrusionsvorrichtung weist im Bereich der gemeinsamen Profildüse eine Kalibrierung, einen Werkzeugauslauf und eine Kühlzone auf, wobei die Materialtemperaturen bei der Kalibrierung, im Werkzeugauslauf und/oder in der Kühlzone unabhängig voneinander eingestellt werden können. Vorzugsweise ist die Temperaturdifferenz zwischen der Kalibrierung, dem Werkzeugauslauf und/oder der Kühlzone einstellbar. Insbesondere kann die Profildüse bis zur Kühlzone mehrere unabhängig voneinander regelbare Temperierkreisläufe aufweisen.
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Bevorzugt wird die Temperatur der Kalibrierung zwischen 70°Celsius und 120°Celsius und/oder die Temperatur der Kühlzone zwischen 0°Celsius und 40°Celsius eingestellt. Vorzugsweise wird die Temperaturdifferenz zwischen der Kalibrierung und der Kühlzone größer als 30° Celsius, insbesondere größer als 70° Celsius eingestellt. Bevorzugt wird in dem ersten Förderer ein anderes Temperaturprofil eingestellt als in dem zweiten Förderer.
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Der Schwellensohlenstrang wird vorzugsweise mit einer Breite zwischen 150 mm und 400 mm, insbesondere zwischen 200 mm und 350 mm und/oder einer Dicke zwischen 5 mm und 25 mm, insbesondere zwischen 8 mm und 20 mm extrudiert. Dabei beträgt die Dicke des Entkopplungsschichtstrangs vorzugsweise zwischen 4 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 6 mm und 15 mm und/oder die Dicke des Haftvermittlungsschichtstrangs beträgt zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 10 mm.
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Die Profildüse hat demnach im Verlauf einen im Wesentlichen flachen rechteckigen Querschnitt und erzeugt an einer der beiden Flachseiten bei der Extrusion die Ankerelemente als integralem Bestandteil des Haftvermittlungsschichtstrangs, z.B. in Form von Noppen, Rippen oder Ähnlichem.
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Nach der Extrusion bzw. Coextrusion des zweischichtigen Schwellensohlenstrangs wird dieser in Schwellensohlen-Stücke zugeschnitten, die z.B. entweder die die gesamte Unterseite der Betonschwelle abdecken oder in zwei hälftigen Stücken. Somit wird eine Schwellensohle zur unterseitigen elastischen Besohlung der Betonschwelle für ein Bahngleis mit Schotterbettung hergestellt, wobei die Schwellensohle eine unterseitige elastische dynamisch entkoppelnde Entkopplungsschicht zur Auflage auf das Schotterbett und eine oberseitige Haftvermittlungsschicht zur Verankerung im Beton der Betonschwelle umfasst, wobei die Haftvermittlungsschicht an ihrer Oberseite Ankerelemente aufweist, die zur Einbettung in den frischen Beton der Betonschwelle ausgebildet sind und die Schwellensohle nach der Aushärtung des Betons in der Betonschwelle verankern.
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Gegenstand der Erfindung ist auch die besohlte Betonschwelle für das Bahngleis mit Schotterbettung, wobei die Ankerelemente der Haftvermittlungsschicht in dem Beton der Betonschwelle eingebettet und verankert sind.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner das Bahngleis mit Schotterbettung, umfassend Bahnschienen, die auf einer Vielzahl von derart besohlten Betonschwellen verlegt sind, wobei die elastischen Entkopplungsschichten mit ihrer Unterseite lose auf der Schotterbettung aufliegen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Es zeigen:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung des Schwellensohlenstrangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine Seitenansicht der Extrusionsvorrichtung aus 1,
- 3 eine Draufsicht auf die Extrusionsvorrichtung aus 1,
- 4 eine dreidimensionale Ansicht einer Coextrusionsvorrichtung zur Herstellung des Schwellensohlenstrangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 5 eine Seitenansicht der Coextrusionsvorrichtung aus 4,
- 6 eine Draufsicht auf die Coextrusionsvorrichtung aus 4,
- 7 Temperaturprofile der Extrusion mit der Extrusionsvorrichtung aus 1,
- 8 Druckverläufe der Extrusion mit der Extrusionsvorrichtung aus 1,
- 9 Temperaturprofile der Extrusion im Hauptextruderstrang bei der Coextrusionsvorrichtung aus 4,
- 10 Temperaturprofile der Extrusion im Coextruderstrang bei der Coextrusionsvorrichtung aus 4,
- 11 Druckverläufe der Extrusion im Hauptextruderstrang und im Coextruderstrang aus 4,
- 12 eine dreidimensionale Darstellung eines Abschnitts des zweischichtigen Schwellensohlenstrangs,
- 13 einen Querschnitt durch den Schwellensohlenstrang aus 12,
- 14 eine Draufsicht auf ein passend ausgeschnittenes Stück Schwellensohle,
- 15 eine dreidimensionale Darstellung der Schwellensohle aus 14,
- 16 eine dreidimensionale Darstellung einer halben Schwellensohle,
- 17 eine dreidimensionale Darstellung eines Abschnitts einer mit der Schwellensohle besohlten Betonschwelle.
- 18 einen schematischen Querschnitt durch eine besohlte Betonschwelle auf einer Schotterbettung,
- 19 einen schematischen Querschnitt durch eine Schwellensohle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 20 einen schematischen Querschnitt durch eine Schwellensohle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 21 eine schematische Darstellung der Einbettung der Mikroanker gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 19 in einer Betonschwelle,
- 22 eine schematische Darstellung der Einbettung der Mikroanker gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 20 in einer Betonschwelle,
- 23 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Mikroankers gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 19,
- 24 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Mikroankers gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 20.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend auf die 1-3 umfasst die Extrusionsvorrichtung 10 einen einzigen Extruderstrang 12 mit einem Förderer 14, im vorliegendem Beispiel einem Schneckenextruder 16. In dem Schneckenextruder 16 rotiert eine Extruderschnecke 18 in einem feststehenden Extruderzylinder 20. Der Extruderzylinder 20 wird von mehreren Heißluftgebläsen 22 geheizt, um die thermoplastischen Bestandteile der zu extrudierenden Materialrezeptur aufzuschmelzen. Die zu extrudierende Materialrezeptur wird aus einem Einfülltrichter 24 in eine Einzugszone 26 in den Förderer 14 gefüttert. Die Extruderschnecke 18 fördert die Materialrezeptur anschließend durch eine Kompressionszone 28, in der die Materialrezeptur aufgeschmolzen und komprimiert wird und weiter in eine Ausstoßzone 30, an welche eine Profildüse 32, auch als Werkzeug oder Mundstück bezeichnet, angeflanscht ist. Die Profildüse 32 umfasst eine Kalibrierung 34 sowie einen Werkzeugauslauf 36 mit einer Kühlzone 38. Die Extruderschnecke 18 wird von einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) in einem Antriebsgehäuse 40 an dem Extruderstrang 12 angetrieben.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Schneckenextruder 16 wird aus ein und derselben Materialrezeptur mit demselben Förderer 14 ein einstückiger Schwellensohlenstrang 50 aus einheitlichem Material mit integralen Ankerelementen 98 extrudiert (Kompaktextrusion), was nachfolgend noch genauer erläutert wird.
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Bezugnehmend auf die 4-6 ist eine Extrusionsvorrichtung 10 zur Coextrusion dargestellt. Die Extrusionsvorrichtung 10 weist zwei separate Extruderstränge 12a, 12b mit jeweils einem separaten Förderer 14a, 14b, im vorliegenden Beispiel jeweils einem separaten Schneckenextruder 16a, 16b, auf. Die beiden separaten Extruderstränge 12a, 12b bzw. Förderer 14a, 14b sind über einen Y-förmigen Coextrusionsanschluss 44 mit dem Düseneintritt 46 derselben Profildüse 32 verbunden, um die erste Materialrezeptur aus dem ersten Extruderstrang 12a, auch als Hauptextruderstrang 12a bezeichnet, und die zweite Materialrezeptur aus dem zweiten Extruderstrang 12b, auch als Coextruderstrang 12b bezeichnet, in der Profildüse 32 zusammenzuführen, um einen zweischichtigen Schwellensohlenstrang aus zwei unterschiedlichen Materialrezepturen mittels Coextrusion herzustellen. Die beiden Extruderstränge 12a, 12b, bzw. Förderer 14a, 14b sind im vorliegenden Beispiel als Schneckenextruder 16a, 16b ausgebildet, die sich jeweils in eine Einzugszone 26a, 26b, eine Kompressionszone 28a, 28b sowie eine Ausstoßzone 30a, 30b untergliedern. Beide Förderer 14a, 14b werden jeweils über eigene Einfülltrichter 24a, 24b (der zweite Einfülltrichter 24b ist in den Figuren nicht dargestellt) separat voneinander mit unterschiedlichen Materialrezepturen gefüttert. Die Temperaturprofile in dem Hauptförderer 14a und dem Coförderer 14b können unabhängig voneinander eingestellt werden, um an die unterschiedlichen Materialrezepturen angepasst zu werden. Die Schneckenextruder 16, 16a, 16b können z.B. mit einer Einzelschnecke, einer gegenläufigen Doppelschnecke oder einer gleichläufigen Doppelschnecke ausgebildet sein.
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Die Materialkonfiguration kann einstufig mit den Einzelkomponenten im Trockengemisch oder zweistufig mit den Komponenten zu einem Masterbatch compoundiert sein.
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Die Materialkombinationen für die Materialrezeptur mit demselben gemeinsamen Förderer 14 bei der Kompaktextrusion sowie für den Hauptförderer 14a bei der Coextrusion können aus den folgenden Ausgangsstoffen gewählt werden:
- • SBR + MDI im herkömmlichen Pressverfahren
- • SBR + Polyolefin (PE)
- • SBR + Kabelmantelschrot
- • SBR + PET Fasern aus Altreifenrecycling (Pelletierung ggf. erforderlich)
- • SBR + TPE/U (thermoplastisches Elastomer/Polyurethan)
- • SBR + sonstige thermoplastische Träger
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Für die Kompaktextrusion mit der Extrusionsvorrichtung der 1-3 mit einem einzigen Förderer 14 sowie für den Hauptförderer 14a in dem Coextrusionsprozess der 4-6, d.h. für den Entkopplungsschichtstrang 60, werden z.B. folgende Materialparameter und Rezepturen vorgeschlagen:
- • SBR Rezyklat
- ◯ Körnung - 0,01-4mm
- ◯ Körnung - 0,1-1 ,6mm: bevorzugt
- ◯ 70-95%
- ◯ 70-95%: herkömmliches Pressverfahren mit MDI
- ◯ 70-95%: mit PE
- ◯ 5-100%: mit Kabelmantelschrot
- ◯ 80-95%: mit PET-Fasern
- ◯ 20-95%: mit TPE/U
- ◯ 20-95%: sonstige thermoplastische Träger
- • Polyolefin: 0-25%
- • Kabelmantelschrot: 0-95%
- • PET Fasern: 0-25%
- • TPE/U: 0-25%
- • Sonstige Thermoplaste: 0-25%
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Bei der Kompaktextrusion mit der Extrusionsvorrichtung aus den 1-3 wird der extrudierte zweischichtige Schwellensohlenstrang 50 mit ein und demselben Förderer 14 bestehend aus dem elastischen Entkopplungsschichtstrang 60 und dem Haftvermittlungsschichtstrang 70 als einteiliger Strang aus einer einzigen Materialrezeptur extrudiert, d.h. die zwei Schichten sind funktionell zu verstehen.
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Beim Coextrusionsprozess können in vorteilhafter Weise als zweite unterschiedliche Materialrezeptur für den Coförderer 14b, d.h. für den Haftvermittlungsschichtstrang 70 vorzugsweise folgende Ausgangsstoffe verwendet werden:
- • Polyolefin
- • Kabelmantelschrot
- • PET-Fasern
- • TPE/U
- • Sonstige Thermoplaste
- • Ggf. Verarbeitungsadditive
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Rezeptur bei der einheitlichen Kompaktextrusion mit folgender Rezeptur in einem einstufigen Verfahren ohne Compounder vorgenommen werden:
- ◯ 88% SBR 0,8-1,6mm Körnung
- ◯ 10% PE-LD MVR -10cm3/10min
- ◯ 2% PE-LD Wachs
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Die Fütterung des Förderers 14 erfolgt aus dem vollen Trichter 24. Es wird eine thermische oder mechanische Bremse zum Aufbau eines Werkzeugvordrucks von mindestens 200 bar verwendet, um eine stabile Strangbildung zu erreichen und die Materialrezeptur homogen zu verdichten. Für eine thermische Bremse ist in der Profildüse 32 die Temperaturdifferenz einstellbar und ist hinreichend groß wählbar. Eine Temperierung 35, 37 der Kalibrierung 34, des Werkzeugauslaufs 36 und/oder ggf. der Kühlzone 38 kann durch flüssige oder gasförmige Medien erfolgen. Beispielhafte Temperaturprofile sind in 7 dargestellt.
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8 zeigt beispielhafte Druckverläufe der Kompaktextrusion mit dem einzigen Förderer 14 der Einzelförderer-Extrusionsvorrichtung 10 aus 1-3.
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Bei Verwendung der Coextrusionsvorrichtung aus 4-6 wird mit dem Hauptförderer 14a der elastische Entkopplungsschichtstrang, als die elastische Schicht zur dynamischen Entkopplung, also das eigentliche elastische Undersleeperpad, hergestellt. Der Coförderer 14b integriert die Haftvermittlungsschicht 70 aus einer separaten Rezeptur vor dem Düseneintritt 46 und der Parallelzone 48 der Profildüse 32 am Ende des Hauptextruderstrangs 12a. Die Rezeptur in dem Coförderer 14b bei Herstellung des Haftvermittlungsschichtstrangs 70 interagiert mit mindestens einem Rezepturbestandteil des Hauptextruderstrangs 12a, um eine gute Haftung der beiden Schichten 60, 70 zu gewährleisten.
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Die Rezeptur für den Hauptextruderstrang 12a zur Herstellung des Entkopplungsschichtstrangs kann beispielsweise wie folgt gewählt werden (ohne Compounder):
- ◯ 88% SBR 0,8-1,6mm Körnung
- ◯ 10% PE-LD MVR -10cm3/10min
- ◯ 2% PE-LD Wachs
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Die Fütterung des Hauptförderers 14a erfolgt aus dem vollen Trichter 24a. Es wird eine thermische oder mechanische Bremse zum Aufbau eines Werkzeugvordrucks von mindestens 200 bar verwendet, um eine stabile Strangbildung zu erreichen und die erste Materialrezeptur homogen zu verdichten. Für eine thermische Bremse ist in der Profildüse 32 die Temperaturdifferenz einstellbar und ist hinreichend groß wählbar. Eine Temperierung 35, 37 der Kalibrierung 34, des Werkzeugauslaufs 36 und/oder ggf. der Kühlzone 38 kann durch flüssige oder gasförmige Medien erfolgen. Beispielhafte Temperaturprofile sind in 9 dargestellt.
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Vorzugsweise wird das granulierte Elastomer-Rezyklat, im vorliegenden Beispiel SBR-Granulat, im Extruderstrang 12 der Einzelförderer-Extrusionsvorrichtung 10 aus 1-3 bzw. im ersten Extruderstrang 12a der Coextrusionsvorrichtung aus 4-6 im Wesentlichen nicht selbst aufgeschmolzen. Vorzugsweise werden die thermoplastischen Bestandteile der Materialrezeptur für die Entkopplungsschicht, im vorliegenden Beispiel enthaltend PE-LD MVR als Beispiel für ein thermoplastisches Polymer, beim Extrudieren aufgeschmolzen, und die SBR-Granulatkörner werden dabei in einer thermoplastischen Matrix aus den thermoplastischen Bestandteilen der Materialrezeptur eingeschmolzen, um das Extrudat, also den Schwellensohlenstrang 50 bzw. den Entkopplungsschichtstrang 60 zu bilden. Mit anderen Worten besteht der so erzeugte Schwellensohlenstrang 50 bzw. Entkopplungsschichtstrang 60 überwiegend aus recyceltem Elastomer-(SBR-)Granulat eingebettet in einer thermoplastischen Matrix.
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Die Kontaktfläche zum Schotterbett korreliert mit der Steifigkeit der Entkopplungsschicht 62, wobei die hier bespielhaft genannten Materialkombinationen eine geeignet geringe Steifigkeit für die Entkopplungsschicht 62 aufweisen. Dadurch kann die Beanspruchung des Schotters reduziert und damit eine vorteilhafte Verlängerung der Wartungsintervalle erzielt werden.
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Die Parameter für den Coextruderstrang 12b werden zum Beispiel wie folgt gewählt:
- Die zweite Materialrezeptur zur Extrusion des Haftvermittlungsschichtstrangs kann zum Beispiel 100% PE-LD MVR -10cm3/10min sein, welches aus dem vollen Einfülltrichter in den Coförderer 14b gefüttert wird.
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9 zeigt beispielhafte Temperaturprofile im Hauptextruderstrang 12a und 10 beispielhafte Temperaturprofile im Coextruderstrang 12b. Beispielhafte Druckverläufe in beiden Extrudersträngen 12a, 12b sind in 11 dargestellt.
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Bezugnehmend auf die 12 und 13 ist ein Abschnitt eines beispielhaften Schwellensohlenstrangs 50 bestehend aus einem unterseitigen elastischen Entkopplungsschichtstrang 60 und einem oberseitigen Haftvermittlungsschichtstrang 70 dargestellt. In der Darstellung im 13 sind der Entkopplungsschichtstrang 60 und der Haftvermittlungsschichtstrang 70 in unterschiedlicher Kontrastierung dargestellt, was aber nicht ausschließen soll, dass beide Schichtstränge 60, 70 mit der Kompaktextrusion gemäß 1-3 als einstückiger Schwellensohlenstrang 50 einheitlich aus ein und derselben Materialrezeptur hergestellt wird. Alternativ kann der Schwellensohlenstrang 50 aus 12 und 13 auch mit dem Coextrusionsverfahren gemäß 4-6 aus zwei unterschiedlichen Materialrezepturen, d.h. mit einer ersten elastischen Materialrezeptur für den elastischen Entkopplungsschichtstrang 60 und einer zweiten unterschiedlichen, insbesondere härteren und/oder steiferen Materialrezeptur für den Haftvermittlungsschichtstrang 70 hergestellt sein.
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Der Haftvermittlungsschichtstrang 70 weist an seiner Oberseite eine Haftstruktur 97 aus vorspringenden Ankerelementen 98, im vorliegenden Beispiel in Form von Längsrippen mit Hinterschnitt auf. Die Längsrippen haben in dem Beispiel einen trapezförmigen Querschnitt.
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Bezugnehmend auf die 14-17 wird der so hergestellte Schwellensohlenstrang 50 anschließend in passende Schwellensohlenstücke 52 ausgeschnitten, zum Beispiel als komplette Schwellensohle 52 als ein Stück zur Applikation an die Betonschwelle 80. Alternativ können, wie in 16 dargestellt, auch spiegelseitige Hälften der Schwellensohle 52 mit etwa halber Schwellenlänge zur Applikation an die Betonschwelle 80 ausgeschnitten werden. 17 zeigt einen Abschnitt einer beispielhaften mit der Schwellensohle 52 besohlten Betonschwelle 80. Die abgetrennten Rest-Stücke aus dem Formzuschnitt können der Extrusion ggf. wieder zugeführt werden.
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Bezugnehmend auf 18 ist die aus der Haftvermittlungsschicht 72 und der elastischen dynamisch entkoppelnden Entkopplungsschicht 62 bestehende Schwellensohle 52 fest mit der Unterseite 80b der Betonschwelle 80 verbunden. Genauer ist die Haftvermittlungsschicht 72 mit ihrer Oberseite 72a mit der Unterseite 80b der Betonschwelle 80 fest verbunden, indem die Ankerelemente 98 in dem Beton eingebettet sind. Die elastische dynamisch entkoppelnde Entkopplungsschicht 62 liegt mit ihrer Unterseite 62b auf dem Schotterbett 82 auf und bildet die elastische Schicht zur dynamischen Entkopplung der Betonschwelle 80 von der Schotterbettung 82, wohingegen die steifere bzw. härtere Haftvermittlungsschicht 72 im Wesentlichen lediglich der Verankerung in dem Beton der Betonschwelle 80 dient.
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Die 19-24 zeigen weitere Beispiele von zweischichtigen Schwellensohlen 52.
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Die härtere bzw. steifere Haftvermittlungsschicht 72 kann aus einer unterseitigen Trägerschicht 92 in Form einer Kunststofffolie 94 und einer oberseitigen Ankerschicht 96, die von aus der Trägerschicht 92 aufragenden Ankerelementen 98 gebildet wird, bestehen. In diesem Beispiel haben die Ankerelemente 98 eine Form von aus der Kunststofffolie 94 aufrecht hervorspringenden einarmigen Kunststoffhaken 102. Die Trägerschicht 92 wird in dem Coextrusionsprozess mit dem Entkopplungsschichtstrang 60 aus der anderen Materialrezeptur aus dem Hauptextruderstrang 12a verschmolzen. Die aus der Trägerschicht 92 aufrecht abstehenden Ankerelemente 98 bilden in ihrer Gesamtheit die Ankerschicht 96.
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Der Haftvermittlungsschichtstrang 70 kann in dem Coextruderstrang 12b aus einem thermoplastischen Polymer, z.B. aus einem thermoplastischen Polyolefin, z.B. Polypropylen oder Polyethylen mit dem Entkopplungsschichtstrang 60 aus der anderen elastischeren Materialrezeptur, z.B. umfassend überwiegend SBR, in dem Hauptextruderstrang 12a, coextrudiert werden, wobei durch die Coextrusion fortlaufend beide Schichtstränge 60, 70 in der gemeinsamen Profildüse 32 zu dem zweischichtigen Schwellensohlenstrang 50 verschmelzen.
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Die anschließend aus dem Schwellensohlenstrang 50 zugeschnittene Schwellensohle 52 wird demnach von einem Schichtverbund aus der elastischen Entkopplungsschicht 62 und der oberseitig damit während der Coextrusion in der gemeinsamen Profildüse 32 gemeinsam geformten und verschmolzenen Haftvermittlungsschicht 72 gebildet und kann als Schichtverbund auf den frisch gegossenen und noch flüssigen Beton der Betonschwelle 80 aufgelegt und die Ankerelemente 98 in den flüssigen Beton eingedrückt werden.
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Die Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht 72 werden unmittelbar beim Gießen der Betonschwelle 80 in den frischen Beton eingebettet, bevor der Beton der Betonschwelle 80 ausgehärtet ist. Die Verbindung mit dem Beton an der Unterseite 80b der Betonschwelle 80 entsteht dadurch, dass die Ankerelemente 98 in den frischen Beton eindringen und so in den frischen Beton eingebettet werden. Nach dem Aushärten des Betons ergibt sich so eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den Ankerelementen 98 in einer Einbettschicht 81 an der Unterseite der so ausgehärteten Betonschwelle 80. Die Trägerschicht 92 bildet aufgrund ihrer Ausbildung als wasserundurchlässige Kunststofffolie 94 beim Einbetten der Ankerelemente 98 in den frischen Beton eine im Wesentlichen wasserundurchlässige Sperrschicht und einen Anschlag beim Eindringen der Ankerelemente 98 in dem frischen Beton. Die Ankerelemente 98 werden bis zu einer definierten Einbetttiefe t in den frischen Beton eingebettet, wobei die Einbetttiefe t der Höhe h der Ankerelemente 98 entspricht. Die Höhe h der Ankerelemente 98 ist präzise bestimmbar. Insbesondere ist die Höhe h der Ankerelemente 98 konstant über die Oberseite 92a der Trägerschicht 92. Die Trägerschicht 92 ist insbesondere erheblich dünner als die elastische dynamisch entkoppelnde Entkopplungsschicht 62.
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Die Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht 72 können zumindest teilweise gleichförmig ausgebildet sein und/oder dieselbe Höhe h und/oder dieselbe Ausladung b aufweisen. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht 72 identisch in Bezug auf zumindest eine, mehrere oder alle der folgenden Eigenschaften ausgebildet: Höhe h, Dicke d, Ausladung b, Länge der transversalen Armabschnitte 174. Ferner vorzugsweise sind die Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht 72 regelmäßig über die Oberseite der Haftvermittlungsschicht 72 angeordnet. Insbesondere sind die Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht 72 also nicht chaotisch, unregelmäßig oder zufällig geformt und verteilt, wie bei einer statistisch eher zufälligen Anordnung z.B. in einer Wirrfaserschicht oder Beflockung.
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Wenn bei vollständiger Einbettung die Oberseite 92a der Trägerschicht 92 bündig mit dem Beton in Kontakt steht, kann somit eine vorbestimmte gleichmäßige Eindringtiefe t der Ankerelemente 98 in dem Beton gewährleistet werden, die der prozesstechnisch definierten und vorzugsweise gleichmäßigen Höhe h zumindest eines Teils der Ankerelemente 98 entspricht. Dadurch kann unter anderem eine reproduzierbare Abzugsfestigkeit der Schwellensohle 52 von der Betonschwelle 80 mit geringer statistischer Toleranz gewährleistet werden.
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Bezugnehmend auf 19, 21, 23 können die Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht z.B. als Hakenelemente 164 geformt sein, welche einen aus der Trägerschicht 92 abstehenden oder im Wesentlichen senkrecht aufragenden Stammabschnitt 172 und einen sich transversal von dem Stammabschnitt 172 weg erstreckenden freitragenden Armabschnitt 174 aufweisen. Der transversale freitragende Armabschnitt 174 ist dabei einteilig mit dem Stammabschnitt 172 ausgebildet. Z.B. kann der Stammabschnitt 172 aufrecht aus der Oberseite 92a der Trägerschicht 92 herausragen, kann anschließend einteilig in einen gekrümmten Bogenabschnitt 176 übergehen, der wiederum einteilig in den transversalen Armabschnitt 174 übergeht. Somit können die Hakenelemente 164 als gekrümmte, z.B. einarmige Haken geformt sein. Die einarmigen Hakenelemente 164 können im wesentlichen L-förmig geformt sein.
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Eine Haftvermittlungsschicht aus einer Trägerschicht 92 und Ankerelementen 98, z.B. Hakenelementen 164, kann z.B. auch in einem zusätzlichen Koprozess aus einem extrudiertem Trägerband mit mitlaufender spritzgießender Hakenstruktur gebildet werden.
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Der Krümmungswinkel α vom Stammabschnitt 172 bis zu einem distalen Ende 178 des transversalen Armabschnitts 174 kann zumindest α = 45°, vorzugsweise zumindest α = 90° oder wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sogar α größer als 90° betragen. Bei einem Krümmungswinkel α von größer als 90° krümmen sich die freitragenden Armabschnitte 174 in Richtung ihrer distalen Enden 178 also nach unten in Richtung der Trägerschicht 92, wodurch eine besonders gute Verankerung der in den Beton eingebetteten Ankerelemente 98 erreicht werden kann.
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Die Höhe h des Hakenelements 164 beträgt in dem vorliegenden Beispiel h = 0,88 mm. Die Dicke d des Hakenelements 164, insbesondere im unteren Bereich des Stammabschnitts 172 in der Nähe der Oberseite 92a der Trägerschicht 92 kann bei diesem Beispiel etwa d = 0,2 mm und die Breite in Richtung des transversalen Armabschnitts 174, d.h. die transversale Ausladung des Hakenelements 164 etwa b = 1 mm betragen. Der transversale Armabschnitt 174 kann zu seinem distalen Ende 178 hin verjüngend ausgebildet sein. Die Formgebung der Hakenelemente 164 vermag eine hinreichende Einbetttiefe t zu erlauben, die im Wesentlichen gleich der Höhe h der Hakenelemente 164 ist, im vorliegenden Beispiel als etwa t = 0,88 mm in die im Herstellungsprozess der Betonschwelle 80 nach oben weisende Betonunterseite 80b aus frischem Beton.
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Es besteht dabei ein gewisser Variationsrahmen in Bezug auf die Größe und Formgebung der Ankerelemente 98, wobei jedoch zumindest ein Anteil der Ankerelemente 98 einer Haftvermittlungsschicht 72 gleichförmig und/oder gleich groß, insbesondere mit gleicher Höhe h und/oder gleicher Ausladung b ausgebildet sind. Vorzugsweise ist zumindest ein Anteil der Ankerelemente 98 der Haftvermittlungsschicht 72 identisch und gleichmäßig ausgebildet und nicht zufällig chaotisch.
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In dem im ausgehärteten Beton eingebetteten bzw. fest verankerten Zustand erstrecken sich die transversalen freitragenden Armabschnitte 174 der Ankerelemente 98 eingebettet in dem Beton quer zur Normalen der Unterseite 80b der Betonschwelle 80 und damit quer zur Abzugsrichtung a und bewirken somit zusätzlich zu der mindestens kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Beton und der Kunststoffoberfläche der Ankerelemente 98 noch eine formschlüssige Verbindung oder Verankerung in dem ausgehärteten Beton.
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Die Dicke d und die Festigkeit des Kunststoffmaterials der Ankerelemente 98 sind derart ausgewählt, dass der transversale freitragende Armabschnitt 174 einem relativ großen Biegemoment widerstehen kann.
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Bevorzugt kann nach dem Aushärten des Betons eine hinreichende Abzugsfestigkeit, z.B. von mindestens 0,5 N/mm2 oder mehr erreicht werden.
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Bezugnehmend auf 20, 22, 24 können die Ankerelemente 98 auch als zweiarmige Hakenelemente 164 ausgebildet sein. Sie können zwei sich gegenüberliegende nach außen erstreckende Armabschnitte 174 aufweisen, die sich einteilig aus dem Stammabschnitt 172 freitragend von dem Stammabschnitt 172 transversal nach außen erstrecken. Die beiden freitragenden transversalen Armabschnitte 174 können dabei zusammen mit dem Stammabschnitt 172 ein im Großen und Ganzen T-förmiges Hakenelement 164 bilden.
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Die beiden transversalen Armabschnitte 174 können jeweils mit Bogenabschnitten 176 mit dem Stammabschnitt 172 einteilig verbunden sein, sodass sich der Stammabschnitt 172 in einer Krone 180 in zwei Hälften aufteilt, die sich dann in zwei gegenüberliegenden Bogenabschnitten 176 nach transversal außen krümmen. Der Krümmungswinkel vom Stammabschnitt bis zu den distalen Enden 178 der Armabschnitte 174 kann auch hier mindestens 45°, mindestens 90° oder mehr betragen. Bei einem Krümmungswinkel von größer als 90° krümmen sich die Armabschnitte 174 in Richtung der distalen Enden also zurück in Richtung der Trägerschicht 92, was eine besonders gute Verankerung in dem Beton gewährleistet. Auch hier terminieren die beiden freitragenden Armabschnitte 174 in sich verjüngenden distalen freien Enden 178, die schräg nach unten weisen.
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Die T-förmigen Hakenelemente 164 können etwas größer und stärker ausgebildet sein, als die in einarmigen Hakenelemente. Die T-förmigen Hakenelemente 164 können im unteren Bereich des Stammabschnitts 172 eine Dicke d = 1 mm aufweisen. Die Höhe h der T-förmigen Hakenelemente 164, die die gleichmäßige Einbetttiefe t bestimmt, beträgt in diesem Beispiel etwa h = 2,5 mm. Die transversale Ausladung der beiden transversalen Armabschnitte 174, d.h. die transversale Ausladung b des T-Balkens, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2 mm.
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Die 19-24 zeigen die aufrechte Orientierung der Ankerelemente 98 bezogen auf die Oberseite 92a der Trägerschicht 92. Es ist ersichtlich, dass beim Eindrücken bzw. Einbetten der Ankerschicht 96 bzw. der aus der Trägerschicht 92 abstehenden Ankerelemente 98 diese in umgekehrter Orientierung nach unten weisen, um in den flüssigen Beton eingedrückt zu werden.
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Die Foliendicke der Trägerschichtfolie 92 kann z.B. im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm und die Ankerhöhe h kann z.B. im Bereich von etwa 0,5 mm bis 5 mm betragen. Eine solche Haftvermittlungsschicht 72, z.B. aus Polyethylen oder Polypropylen kann noch relativ biegsam sein, so dass auch die zweischichtige Schwellensohle 52 in Form des coextrudierten Schichtverbunds aus der Haftvermittlungsschicht 72 und der elastischen Entkopplungsschicht 62 noch relativ biegsam ist und so auf den frischen Beton abgerollt werden kann. Dadurch kann eine gleichmäßige Einbettung unter Vermeidung von übermäßigen Luftblasen unter der Trägerschicht 92 erreicht werden. Nach Aushärten des Betons sind die Ankerelemente 98 schließlich fest in dem ausgehärteten Beton reib- oder stoffschlüssig und formschlüssig verankert. Die sich transversal erstreckenden freitragenden, aber relativ biegesteifen Armabschnitte 174 und/oder Bogenabschnitte 176 der Ankerelemente 98 erzeugen eine stabile formschlüssige Verankerung jedes einzelnen Ankerelements 98 in dem Beton. Die Ankerelemente 98 weisen an den Armabschnitten 174 und den Bogenabschnitten 176 sich transversal zu den Stammabschnitten 172 erstreckende Unterseiten 182 auf, die einer Abzugskraft in Auszugsrichtung a formschlüssig entgegenwirken. Mit anderen Worten bildet die Haftvermittlungsschicht 72 eine Schicht aus identischen Ankerelementen 98, die in der Einbettschicht 81 an der Unterseite 80b der ausgehärteten Betonschwelle 80 formschlüssig verankert sind.
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Die Ankerelemente 98 erstrecken sich zunächst aufrecht aus der Trägerschicht 92 heraus und gehen dann einteilig in sich transversal zu den Stammabschnitten 172 erstreckende Verankerungsabschnitte, gebildet durch die Bogenabschnitte 176 und die transversalen Armabschnitte 174 über, wodurch eine stabile formschlüssige Verankerung in dem Beton bewirkt werden kann.
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Es mag zunächst widersinnig erscheinen, eine Schwellensohle 52 mittels Coextrusion zu extrudieren, es hat sich aber überraschenderweise gezeigt, dass hiermit einerseits eine hinreichend feste Verbindung zwischen den Ankerelementen 98 mit der elastischen Entkopplungsschicht 62 erreichen lässt und andererseits die hiermit herstellbaren Ankerelemente 98 eine stabile und reproduzierbare Verankerung in dem Beton der Betonschwelle 80 bewirken können. Die inhärente Stabilität der Ankerelemente 98 kann ebenfalls hinreichend groß sein.
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Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2545219 B1 [0005]
- EP 2622138 B1 [0006]
- EP 2625338 B1 [0007]
- EP 2697430 B1 [0008]
- EP 2946036 B1 [0009]
- WO 2021250170 A1 [0010]
