DE10254973A1

DE10254973A1 - Rahmenschwelle mit variabler Anzahl von Schienenbefestigungen und Verfahren zur Herstellung der Schwelle

Info

Publication number: DE10254973A1
Application number: DE10254973A
Authority: DE
Inventors: Peter Plica
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-09
Also published as: EP1573133B1; DE10394106D2; EP1573133A1; AU2003292972A1; WO2004048695A1; ATE529570T1

Abstract

Für eine einstückige Rahmenschwelle eines Schotteroberbaus von Eisenbahnen, bestehend aus zwei Querschwellen (1) und zwei unter den Schienen verlaufenden Längsträgern (2), ist vorgesehen, daß jeder Kreuzungsbereich von Querschwellen (1) und Längsträgern (2) drei Einbaupositionen für Schienenbefestigungen, bestehend aus jeweils zwei elastischen Federelementen (4), aufweist und zwei elastische Schienenauflager (5) enthält, wobei alle Schienenauflagerflächen einer Schwelle die gleiche Höhenlage in Bezug auf die Schwellengrundfläche unter Einhaltung minimaler Höhentoleranzen haben und als Schienenauflager (5) gleichartige, weiche Zwischenlagen verwendet werden. Ausgestaltungen der Erfindung zeigen in jedem Kreuzungbereich zwei Schienenbefestigungen mit zwei Schienenauflagern (5) bzw. eine Schienenbefestigung mit zwei Schienenauflagern (5). DOLLAR A Die Herstellung der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle erfolgt unter Verwendung einer Vorspannung mit direktem Verbund und Einsatz von Spannrahmen für eine zweiachsige Bewehrung dadurch, daß die frisch betonierte Schwelle erst nach Erreichen einer ersten Erhärtungsstufe des Betons ohne Drehung der Form nach oben entschalt wird, in Überkopflage bis zur endgültigen Erhärtung gelagert wird und erst nach der Übertragung der Spannkräfte auf den Beton und Trennung vom Spannrahmen in ihre Normallage gedreht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmenschwelle aus Spannbeton mit einer variablen Anzahl von Schienenbefestigungen für einen Eisenbahnschotteroberbau und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schwelle.
Gitterrostartige Eisenbahnschwellen bestehend aus Querschwellen und unter den Schienen verlaufenden Längsträgem, im folgenden als Rahmenschwellen bezeichnet, sind als monolithische Spannbetonfertigteile in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Ihre Vorteile gegenüber dem klassischen Schotteroberbau mit Querschwellen sind in Hinsicht auf die Lagestabilität des Gleises auf die vergrößerte Auflagerfläche im Schotter, den größeren Querverschiebewiderstand der Einzelschwellen und besonders auf die horizontale Rahmentragwirkung des Gleisrostes zurückzuführen.
Die Rahmentragwirkung hängt dabei wesentlich von der Größe der Klemmkräfte in den elastischen Federelementen der Schienenbefestigungen ab, die über Reibungskräfte Schienen und Schwellen miteinander verbinden. Die Schienen wirken als Zug- und Druckgurte des liegenden Trägers, während die Schwellen die zwischen den Gurten auftretenden Schubkräfte übertragen. Werden die vorhandenen Reibungskräfte in den Schienenbefestigungen überschritten, so rutschen die Schienen auf den Schwellen; die Rahmentragwirkung läßt sich nicht mehr steigern.
In Gebirgstrecken mit engen Kurven sind die Anforderungen an die Lagestabilität des Oberbaus am höchsten. Sie nehmen deutlich ab bei Flachlandstrecken mit großen Kurvenradien. Deshalb ist ein enger Abstand der Schienenbefestigungen bei Gebirgsstrecken und ein weiter Abstand bei Flachlandstrecken anzustreben.
Eine bekannte Ausführungsart der Rahmenschwelle gemäß DE 198 42 312 C1 mit einem aus zwei Querschwellen und zwei Längsträgern zusammengesetzten Trägerrost weist in jedem Kreuzungspunkt der Tragelemente eine Schienenbefestigung mit jeweils zwei Federelementen auf. Eine Erhöhung der Klemmkräfte über zusätzliche Schienenbefestigungen ist nur durch eine engere Anordnung der Querschwellen möglich. Abhängig vom Einsatzzweck sind damit mehrere Schwellentypen erforderlich. Die unterschiedlichen Schwellenabmessungen führen aber zu erheblichen Mehrkosten in der Schwellenproduktion.
Eine weitere Ausführungsart gemäß DE 100 23 389 A1 mit einer Querschwelle und zwei kurzen, beidseitig auskragenden Längsträgem weist den Nachteil auf, daß eine engere Schwellenanordnung und damit mehr Schienenbefestigungen pro laufenden Meter Gleis wegen der notwendigen Zwischenräume zum Stopfen der Schwelten nicht möglich ist. Auch eine Verringerung der Anzahl der Schienenbefestigungen durch größeren Schwellenabstand ist nur bedingt ausführbar, weil sich damit die Schotterpressung und die Schienenbeanspruchung nachteilig vergrößern.
Ein zusätzliches Problem bei der Anordnung mehrerer Schienenbefestigungen und Schienenauflager entsteht dadurch, daß mehr als zwei Schienenauflager auf einem Längsträger unter der rollenden Last Zwängungskräfte zwischen Schiene und Schwelle erzeugen, die zu einem Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagem führen können. Dieser nachteilige Effekt wird durch die unvermeidbaren Höhentoleranzen der Einzelbauteile Schiene, Zwischenlage und Schwelle noch verstärkt. Die damit verbundene Überbeanspruchung aller Teile und der daraus folgende erhöhte Verschleiß müssen unbedingt vermieden werden.
Aus der DE 198 42 312 C1 ist bekannt, diese ungünstige Wirkung von mehr als zwei Schienenauflagem auf einem Längsträger durch eine Kombination zweier harter und einer sehr weichen, vorgespannten Zwischenlage zu beseitigen. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß diese Ausführungsart zu einer erhöhten Luftschallemission führt, weil die sehr weiche Zwischenlage als schwingungsdämpfendes Element versagt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine einzige Form einer Rahmenschwelle zu schaffen, die mit unterschiedlich vielen Schienenbefestigungen ausgerüstet werden kann und damit den Einsatz nun eines Rahmenschwellentyps sowohl für Gebirgs- als auch für Flachlandstrecken in wirtschaftlicher Weise ermöglicht. Außerdem soll die Schwelle so ausgebildet sein, daß ein Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagem auch bei mehr als zwei Auflagerflächen auf einem Längsträger verhindert wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 der Erfindung gelöst.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Rahmenschwelle sind vor allem darin zu sehen, daß:

1. für alle Einsatzbereiche der Rahmenschwelle sowohl in Gebirgsstrecken wie in Flachlandstrecken nur ein einziger Schwellentyp verwendet wird. Die damit verbundenen Vereinfachungen in Produktion, Lagerhaltung und Verlegung führen zu erheblichen Kosteneinsparungen.
2. daß die Schwelle hauptsächlich im Werk, aber auch auf der Baustelle mit der notwendigen Anzahl von Schienenbefestigungen ausgerüstet werden kann. Damit verbessert sich die Anpassung an unvorhergesehene Planungsänderungen.
3. alle Einbauteile der Schienenbefestigungen sich innerhalb der Kreuzungsbereiche der vorgespannten Querschwellen und Längsträger befinden; sie liegen also in einer zweiachsig gedrückten Betonzone. Eine mögliche Rißbildung im Beton rings um die Einbauteile wird dadurch verhindert. Wegen der Konzentration der Schienenbefestigungen auf den Kreuzungsbereich kann außerdem die Breite von Querschwellen und Längsträgem unabhängig vom Platzbedarf der Schienenbefestigungen frei gewählt werden.
4. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der „Frühentschalung" als Teil des Spannrahmenverfahrens führt durch die Teilerhärtung des Betons in der Schalungsform zu einer hohen Maßgenauigkeit der Schienenauflagerflächen. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die zur Stützung des frischen Betons unter den Spannrahmen üblichennreise benutzten Unterlagsbleche oder Paletten entfallen können. Da außerdem die Formen und Spannrahmen beim Entschalen der Schwellen nicht mehr gedreht werden, ist auch das spätere „Zurückdrehen" dieser Fertigungseinrichtungen durch entsprechende Drehvorrichtungen nicht mehr erforderlich.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht der Rahmenschwelle mit zwei Schienenbefestigungen außen und innen bzw. vier elastischen Federelementen und zwei Schienenauflagern in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgem.
2 die Anordnung einer randnahen, äußeren Schienenbefestigung mit zwei Federelementen und zwei Schienenauflagern in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgern.
3 eine alternative Anordnung mit einer mutigen Schienenbefestigung mit zwei mittigen Federelementen und zwei Schienenauflagem in jedem Kreuzungsbereich von Querschwellen und Längsträgem.
4 einen Schnitt längs der Achse eines Längsträgers gemäß 1 mit der Anordnung der Schienenbefestigungen und der Lage der Montageöffnung für Schienenschweißungen zwischen Schiene und Schwelte.
In 1 ist eine Rahmenschwelle bekannter Art mit zwei Querschwellen (1) und zwei Längsträgem (2) dargestellt, deren Kreuzungsbereiche so ausgebildet sind, daß zwei übliche Schienenbefestigungen außen und innen nebeneinander angeordnet werden können und trotzdem der Spannungsfluß in den Querschwellen (1) und Längsträgem (2) nur geringfügig gestört wird. Gegenüber bekannten Ausführungsarten der Rahmenschwelle mit nur einer Schienenbefestigung in jedem Kreuzungsbereich hat sich hier die Anzahl der Schienenbefestigungen verdoppelt. Das bedeutet, daß die zwischen Schienen und Schweden übertragbaren Kräfte und damit die Trägenostwirkung sich ebenfalls verdoppeln. Diese Ausfühnngsart ist für höchste Anforderungen vorgesehen. Mit dieser Ausführungsart können auch erhöhte Temperaturen in der Schiene infolge der in modernen Zügen eingesetzten Wirbelstrombremse problemlos aufgenommen werden. Enge Bogen bis 200 m Radius lassen sich ohne Gefahr von Gleisverwerfungen mit durchgehend geschweißten Schienen ausführen.
Bei mittleren Anforderungen werden bei gleicher Anordnung der Schienenbefestigungsteile die vier inneren Federelemente (4) gemäß 2 weggelassen, wobei je nach Art der Sichienenbefestigung entweder die in der Schwelte vorhandenen und nicht benutzten Dübellöcher verschlossen werden oder aber bei klobenartigen Einbauteilen der Einbau im Werk unterbleibt.
Die erhöhte Anzahl von vier Schienenauflagern auf einem Längsträger dient in diesem Fall zur Reduzierung des vom Gleis ausgehenden Luftschalls und des Auflagerverschleißes.
Eine Alternative zur oben beschriebenen Ausführungsart zeigt 3 mit einer mittigen Anordnung der Schienenbefestigungen
4 zeigt einen Schnitt längs der Achse eines Längsträgers (2) gemäß 1 mit der Anordnung von jeweils zwei Schienenbefestigungen innen und außen in der verbreiterten Auflagerfläche eines Kreuzungsbereichs. In der Mitte des Längsträgers (2) befindet sich zwischen Schiene (3) und Schwelle eine Montageöffnung (6) in Form einer Ausnehmung auf der Oberseite des Längsträgers (2) zum Einbau von Gußformen für Schienenschweißungen beim eventuellen Bruch der Schiene im Betrieb.
Um ein Abheben der Schiene von einzelnen Schienenauflagem (5) in 4 zu vermeiden, müssen Elastizität der Schienenauflager (5) und Höhentoleranzen zwischen den Auflagenflächen aufeinander abgestimmt sein. Die erfndungsgemäße Ausführungsart sieht Federziffem von 40 – 60 KN/mm für jedes einzelne Schienenauflager (5) und Höhentoleranzen von maximal 0,5 mm vor.
Die Herstellung einer Rahmenschwelle erfordert wegen der hohen Kosten für die aufwendigen Schalungsformen den Einsatz der Sofortentschalung, um die Anzahl der Formen zu verringern und die ständig notwendige Maßkontrolle der Formen einzuschränken.
Umgekehrt sind aber die erforderlichen Höhentoleranzen von weniger als 0,5 mm in den Auflagerflächen mit dem Verfahren der Sofortentschalung nicht einzuhalten, weil geringe Verformungen des frisch entschalten Betons beim innerbetrieblichen Transport kaum zu vermeiden sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der Frühentschalung als neuer Teil des Spannrahmenverfahrens wird die Schwelle erst nach Erreichen einer Betonfestigleit von ca. 5-10 N/mm² aus der Form gehoben, so daß damit nachträgliche Betonverformungen ausgeschlossen werden. Die in der Schalungsform vorhandenen und laufend kontrollierten Auflagerhöhen werden auf diese Weise ohne Änderung auf die Schwelle übertragen.
Da die erste Erhärtungsphase des Betons zwischen ein bis zwei Stunden dauert, ist zwar eine erhöhte Anzahl von Formen notwendig, um das Betonieren während dier Erhärtungsphase fortsetzen zu können. Die dabei erreichte Maßgenauigkeit der Schwellen ist aber in wirtschaftlicher Hinsichf vorteilhafter als der damit verbundene Anstieg der Formenkosten.

Claims

Einstückige Rahmenschwelle aus Spannbeton bestehend aus zwei Querschwellen und zwei unter den Schienen verlaufenden Längsträgem dadurch gekennzeichnet, daß jeder der vier Kreuzungsbereiche von Querschwellen (1) und Längsträgem (2) drei Einbaupositionen „außen", „mittig" und „innen" für Schienenbefestigungen bestehend aus jeweils zwei elastischen Federelementen (4) aufweist und zwei elastische Schienenauflager (5) enthält, wobei alle auf einer Schwelle angeordneten Schienenauflagerflächen die gleiche Höhenlage in Bezug auf die Schwellengrundfläche unter Einhaltung minimaler Höhentoleranzen haben und als Schienenauflager (5) gleichartige, weiche Zwischenlagen verwendet werden.
Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kreuzungsbereich zwei Schienenbefestigungen in den Einbaupositionen "außen" und „innen" mit insgesamt vier elastischen Federelementen (4) angeordnet sind.
Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kreuzungsbereich eine randnahe Schienenbefestigung in der Einbauposition „außen", mit insgesamt zwei elastischen Federelementen (4)) angeordnet ist.
Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kreuzungsbereich eine Schienenbefestigung in der Einbauposition „mittig" mit insgesamt zwei elastischen Federelementen (4) angeordnet ist.
Rahmenschwelle gemäß Ansprach 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Längsträger (2) oben eine mittige Ausnehmung als Montageöffnung (6) für Schienenschweißungen besitzen.
Verfahren zur Herstellung der Rahmenschwelle gemäß Anspruch 1 unter Verwendung einer Vorspannung mit direktem Verbund und Einsatz von Spannrahmen für eine zweiachsige Bewehrung mit Spannstäben in Querschwellen (1) und Längsträgem (2) dadurch gekennzeichnet, daß die in Überkopflage frisch betonierten Schwellen in der Schalungsform verbleiben, bis eine erste Erhärtungsstufe des Betons erreicht wird, die Verformungen des Betonkörpers ausschließt, dann die Schwellen ohne Drehen der Form durch Ziehen nach oben in Überkopflage entschalt und danach in ihren Spannrahmen ohne den Beton stützende Unterlagsbleche bis zur endgültigen Erhärtung des Betons gelagert werden, die Übertragung der Spannkräfte auf die erhärtete Schwelle ebenfalls noch in Überkopf-Lage erfolgt und erst nach Trennung vom Spannrahmen die Schwelle in die Normallage gedreht wird.