DE10307210A1

DE10307210A1 - Masse-Feder-System

Info

Publication number: DE10307210A1
Application number: DE10307210A
Authority: DE
Inventors: Werner Degel; Norbert Garbers; Dieter Kassel; Bernd Pahl
Original assignee: Phoenix AG
Current assignee: Phoenix AG
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2003-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Masse-Feder-System (I), das den Fugenraum zwischen einem Unterbau und Oberbau federnd überbrückt, insbesondere für Gleisbauwerke und andere Verkehrsanlagen, gekennzeichnet durch: DOLLAR A - eine Grundplatte (1) mit Kontakt zum Unterbau oder Oberbau sowie DOLLAR A - wenigstens zwei strangförmig verlaufende Dreiecksprofile (2) aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaftgen, die in einem Abstand (a) zueinander angeordnet sind, wobei jedes Dreiecksprofil eine Basisfläche (3) mit einer Verbindung zur Grundplatte (1) und zwei freie Seitenflächen (4) umfasst, wobei ferner die beiden Seitenflächen in einen gemeinsamen Federpunkt (5) mit strangförmigem Verlauf übergehen, wobei schließlich die einzelnen Federpunkte mit dem Oberbau bzw. Unterbau in Verbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Masse-Feder-System, das den Fugenraum zwischen einem Unterbau und Oberbau federnd überbrückt, insbesondere für Gleisbauwerke und andere Verkehrsanlagen (z. B. Brücken).
Ein Feder-System zur Aufnahme leichter wie auch schwerer Massen wird als Masse- Feder-System (MFS) bezeichnet. In Bezug auf die Betonplattenhöhe eines Oberbaues gelten dabei folgende Richtwerte:
leichtes MFS: 100 bis 500 mm Betonplattenhöhe
schweres MSF: bis zu 1200 mm Betonplattenhöhe
Als Feder-Systeme werden vollflächig verlegte Gummi- bzw. Kunststoffmatten (DE 34 03 234 C2), elastomere Streifenlager und Einzellager aus elastomerem Werkstoff, hier insbesondere im Rahmen eines Metall-Elastomer-Verbundes (EP 0 198 158 B1), verwendet. Vollflächig verlegte Matten bieten den Vorteil der einfachen Verlegung sowie der einfachen Herstellung des Unter- und Oberbaues. Nachteilig ist, wie bei allen flächigen Lagern, der nicht unerhebliche Dämmungseinbruch bei höheren Frequenzen. Bei dem Einsatz von Streifenlagern und Einzellagern spielen diese Dämmungseinbrüche dagegen eine untergeordnete Rolle. Jedoch müssen hier die Bauteile (z. B. Betonplatten, Tröge) vor Ort aufwendiger hergestellt oder mit erheblichem Aufwand zur Baustelle transportiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Masse-Feder-System bereitzustellen, das bei keinem oder nur geringem Dämmungseinbruch bei höheren Frequenzen eine einfache und preiswerte Herstellung und Verlegung gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 durch:

- eine Grundplatte mit Kontakt zum Unterbau oder Oberbau sowie
- wenigstens zwei strangförmig verlaufende Dreiecksprofile aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei jedes Dreiecksprofil eine Basisfläche mit fester Verbindung zur Grundplatte und zwei freie Seitenflächen umfasst, wobei ferner die beiden Seitenflächen in einen gemeinsamen Federpunkt mit strangförmigem Verlauf übergehen, wobei schließlich die einzelnen Federpunkte mit dem Oberbau bzw. Unterbau in Verbindung stehen.

Die Dreieckskonstruktion der Dreiecksprofile bezieht sich auf den unbelasteten Zustand des Masse-Feder-Systems.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 37 genannt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel eines Masse-Feder-Systems mit der Anordnung von Grundplatte und Dreiecksprofilen sowie deren konstruktiven Parameter;
Fig. 2 ein Masse-Feder-System, das zwischen einem trogförmigen Unterbau und einem Oberbau, umfassend eine gleistragende Platte, einsitzt, wobei die Grundplatte aus biegesteifem Werkstoff Kontakt mit dem Oberbau hat;
Fig. 3 ein Masse-Feder-System, bei dem die Grundplatte und die Dreiecksprofile einen einstückigen Gesamtverbund bilden, wobei die Grundplatte Kontakt mit dem trogförmigen Unterbau hat, während die Federpunkte der Dreiecksprofile mit einer Zusatzplatte als Teil des Oberbaues in Verbindung stehen, wobei ferner im Eckbereich des Oberbaues eine Dichtplane angeordnet ist;
Fig. 4 ein Masse-Feder-System nach Fig. 2 mit zusätzlicher Dichtplane im Eckbereich des Oberbaues;
Fig. 5 ein Masse-Feder-System nach Fig. 2 mit Fugenverschluss in Form eines elastischen Fugenvergusses;
Fig. 6 ein Masse-Feder-System nach Fig. 2 mit Fugenverschluss in Form eines Kompressionsfugenbandes.
Fig. 1 zeigt ein Masse-Feder-System I, das aus einer Grundplatte 1 und zwei strangförmig verlaufenden und geometriegleichen Dreiecksprofilen 2 aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften besteht. Jedes Dreiecksprofil umfasst eine Basisfläche 3 mit fester Verbindung zur Grundplatte und zwei freien Seitenflächen 4, wobei die beiden Seitenflächen in einen gemeinsamen Federpunkt 5 mit strangförmigem Verlauf (Federkante) übergehen.
Folgende konstruktiven Parameter gelten für das Masse-Feder-System I, wobei die vorteilhaften Daten in Klammern gesetzt sind:
Abstand A zwischen den Dreiecksprofilen: 40 bis 500 mm (100 bis 300 mm)
peripherer Abstand B, C: 10 bis 350 mm (40 bis 250 mm)
Breite a der Basisfläche: 20 bis 60 mm (25 bis 35 mm)
Höhe b der Dreiecksprofile: 20 bis 60 mm (25 bis 35 mm)
Breite c der Seitenflächen: gleich Breite a
Stärke der Grundplatte 0,5 bis 20 mm
Der polymere Werkstoff der Dreiecksprofile 3 ist ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer oder ein Kunststoff mit elastischen Eigenschaften. Verwendet wird vorzugsweise eine Elastomermischung, wobei hinsichtlich der Mischungsdetails auf die Patentansprüche 13 bis 21 verwiesen wird. Auch der Einsatz eines Kunststoffes auf Basis Polyurethan ist zweckmäßig.
Bezüglich der Grundplatte 1 kommen zwei Varianten zur Anwendung:

- Die Grundplatte besteht aus einem biegesteifen Werkstoff, insbesondere aus Stahl (d = 0,8 bis 2 mm) oder einem biegesteifen Kunststoff (d = 3 bis 9 mm). Dabei sind die Dreiecksprofile auf der Grundplatte aufgespritzt, anvulkanisiert oder aufgeklebt, insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer dauerhaften Verbindung.
- Die Grundplatte besteht aus dem gleichen Werkstoff wie die Dreiecksprofile, und zwar unter Ausbildung eines einstückigen Gesamtverbundes. Die Stärke d der Grundplatte beträgt hier vorzugsweise 8 bis 16 mm.

Fig. 2 zeigt ein Masse-Feder-System II, dessen Grundplatte 1 aus einem biegesteifen Werkstoff besteht, die wiederum mit einer Vielzahl von Dreiecksprofilen 2 in Verbindung steht. Das Masse-Feder-System ist in ein Gleisbauwerk 7 integriert, das wiederum einen trogförmigen Unterbau 9 mit Bodenbereich 10 und Seitenbereich 11 sowie ferner einen Oberbau 12 als gleistragende Platte umfasst. Die Grundplatte hat hier Kontakt mit dem Oberbau, während die Federpunkte der Dreiecksprofile den Bodenbereich bzw. Seitenbereich des Unterbaues berühren. Das Ziel des Masse- Feder-Systems ist, den Fugenraum 14 zwischen dem Unterbau und Oberbau federnd zu überbrücken, und zwar unter den Kriterien der eingangs genannten Aufgabenstellung.
Fig. 3 zeigt bei ebenfalls einem Gleisbauwerk ein Masse-Feder-System III, bei dem die Grundplatte 1 und die Dreiecksprofile 2 einen einstückigen Gesamtverbund bilden. Die Grundplatte hat hier Kontakt mit dem Unterbau 9. Die Federpunkte 5 der Dreiecksprofile berühren eine Zusatzplatte 15, die aus biegesteifem Werkstoff, insbesondere aus Stahl oder Kunststoff, besteht. Die Zusatzplatte ist ein integriertes Bauteil des Oberbaues 12 und dient als Auflagefläche für die Federpunkte. Im Eckbereich 13 des Oberbaues ist eine Dichtplane 16 angeordnet, die insbesondere aus polymerem Werkstoff besteht.
Fig. 4 zeigt ein Masse-Feder-System II gemäß Fig. 2, wobei im Eckbereich 13 des Oberbaues 12 ebenfalls eine Dichtplane 16 gemäß Fig. 3 angeordnet ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils ein Masse-Feder-System II gemäß Fig. 2, wobei der Fugenraum 14 im Oberflächenbereich 20 des Gleisbauwerkes mit einem Dichtmittel in Form eines elastischen Fugenvergusses 17 mit integrierter Poroschnur 18 (Fig. 5) oder eines Kompressionsfugenbandes 19 (Fig. 6) aus elastomerem Werkstoff verschlossen ist. Bezugszeichenliste 1 Grundplatte
2 Dreiecksprofil
3 Basisfläche des Dreiecksprofiles
4 Seitenfläche des Dreiecksprofiles
5 Federpunkt (Federkante) des Dreiecksprofiles
6 Seitenbegrenzung der Grundplatte
7 Gleisbauwerk
8 Gleis
9 Unterbau (z. B. aus Beton) mit integriertem Trog
10 Bodenbereich des Unterbaues
11 Seitenbereich des Unterbaues
12 Oberbau (z. B. aus Beton) als gleistragende Platte
13 Eckbereich des Oberbaues
14 Fugenraum
15 Zusatzplatte
16 Dichtplane
17 elastischer Fugenverguss
18 Poroschnur
19 Kompressionsfugenband
20 Oberflächenbereich des Gleisbauwerkes
I Masse-Feder-System
II Masse-Feder-System
III Masse-Feder-System
A Abstand zwischen zwei Dreiecksprofilen
B peripherer Abstand
C peripherer Abstand
a Breite der Basisfläche des Dreiecksprofiles
b Höhe des Dreiecksprofiles
c Breite der Seitenfläche des Dreiecksprofiles
d Stärke der Grundplatte

Claims

1. Masse-Feder-System (I, II, III), das den Fugenraum (14) zwischen einem Unterbau (9) und Oberbau (12) federnd überbrückt, insbesondere für Gleisbauwerke (7) und andere Verkehrsanlagen, gekennzeichnet durch:
eine Grundplatte (1) mit Kontakt zum Unterbau (9) oder Oberbau (12) sowie
wenigstens zwei strangförmig verlaufende Dreiecksprofile (2) aus polymerem Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, die in einem Abstand (A) zueinander angeordnet sind, wobei jedes Dreiecksprofil eine Basisfläche (3) mit fester Verbindung zur Grundplatte (1) und zwei freie Seitenflächen (4) umfasst, wobei ferner die beiden Seitenflächen in einen gemeinsamen Federpunkt (5) mit strangförmigem Verlauf übergehen, wobei schließlich die einzelnen Federpunkte mit dem Oberbau (12) bzw. Unterbau (9) in Verbindung stehen.

2. Masse-Feder-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Federpunkte (5) der Dreiecksprofile (2) im unbelasteten Zustand in Bezug auf die Grundplatte (1) im Wesentlichen höhengleich verlaufen.

3. Masse-Feder-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiecksprofile (2) im unbelasteten Zustand im Wesentlichen geometriegleich sind.

4. Masse-Feder-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (a) der Basisfläche (3) und die Breite (c) der beiden Seitenflächen (4) der Dreiecksprofile (2) etwa gleich sind, und zwar unter Bildung einer im Wesentlichen gleichseitigen Dreiecksfläche.

5. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (a) der Basisfläche (3) der Dreiecksprofile (2) 20 bis 60 mm, vorzugsweise 25 bis 35 mm, beträgt.

6. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Höhe (b) der Dreiecksprofile (2) im unbelasteten Zustand in Bezug auf die Grundplatte (1) 20 bis 60 mm, vorzugsweise 25 bis 35 mm, beträgt.

7. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dreiecksprofile (2) so in einem Abstand (A) zueinander angeordnet sind, dass sich diese nicht berühren.

8. Masse-Feder-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen zwei Dreiecksprofilen (2) 40 bis 500 mm, vorzugsweise 100 bis 300 mm, beträgt, und zwar bezogen auf den jeweiligen Federpunkt (5).

9. Masse-Feder-System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei drei oder mehreren Dreiecksprofilen (2) jeder Abstand (A) nahezu gleich ist.

10. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dreiecksprofil (2), das im näheren Bereich der Seitenbegrenzung (6) der Grundplatte (1) angeordnet ist, einen peripheren Abstand (B, C) aufweist, ohne die Seitenbegrenzung der Grundplatte zu tangieren.

11. Masse-Feder-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der periphere Abstand (B, C) 10 bis 350 mm, vorzugsweise 40 bis 250 mm, beträgt, und zwar bezogen auf den Federpunkt (5) des peripher angeordneten Dreiecksprofiles (2).

12. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der polymere Werkstoff der Dreiecksprofile (2) ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer (TPE) oder ein Kunststoff mit elastischen Eigenschaften ist.

13. Masse-Feder-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der polymere Werkstoff eine Elastomermischung der folgenden Zusammensetzung ist (in phr):
Kautschukkomponente 100 Stearinsäure 1-4 Weichmacher 0-20 Ruß 0-30 Ozon- und/oder Alterungsschutzmittel 0,5-5 paraffinisches Wachs 0,5-5 Metalloxid 2-10 Beschleuniger 1-5 Schwefel 0,5-5

14. Masse-Feder-System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in phr):
Kautschukkomponente 100 Stearinsäure 2-3 Weichmacher 5-15 Ruß 5-20 Ozon- und/oder Alterungsschutzmittel 1-3 paraffinisches Wachs 1-4 Metalloxid 3-6 Beschleuniger 2-3 Schwefel 1-3

15. Masse-Feder-System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukkomponente Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Chloropren (CR) oder ein Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM) ist.

16. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein aromatischer, naphthenischer oder paraffinischer Weichmacher Verwendung findet.

17. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruß halbaktiv ist.

18. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ozonschutzmittel N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenyldiamin (IPPD) ist.

19. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Alterungsschutzmittel 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin (TMQ) ist.

20. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid Zinkoxid oder Magnesiumoxid ist.

21. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleuniger ein Sulfenamidbeschleuniger, vorzugsweise Benzothiazol-2-cyclohexyl-sulfenamid, ist.

22. Masse-Feder-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polyurethan (PUR) ist.

23. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) aus dem gleichen Werkstoff besteht wie die Dreiecksprofile (2), und zwar unter Ausbildung eines einstückigen Gesamtverbundes.

24. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) aus einem biegesteifen Werkstoff besteht.

25. Masse-Feder-System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) aus Stahl oder einem biegesteifem Kunststoff, auch als Recyclat, besteht.

26. Masse-Feder-System nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiecksprofile (2) auf der Grundplatte (1) aufgespritzt, anvulkanisiert oder aufgeklebt sind, insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer dauerhaften Verbindung.

27. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke (d) der Grundplatte (1) 0,5 bis 20 mm beträgt.

28. Masse-Feder-System nach Anspruch 23 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) eine Stärke (d) von 8 bis 16 mm aufweist.

29. Masse-Feder-System nach Anspruch 25 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte eine Stärke (d) von 0,8 bis 2 mm für Stahl und 3 bis 9 mm für den biegesteifen Kunststoff aufweist.

30. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau (9) oder Oberbau (12) mit einer zusätzlichen Platte (15) aus biegesteifem Werkstoff, insbesondere aus Stahl oder Kunststoff, versehen ist, wobei die Zusatzplatte als Auflagefläche für die Federpunkte (5) der Dreiecksprofile (2) dient.

31. Masse-Feder-System nach Anspruch 23 oder nach einem der hierauf bezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines einstückigen Gesamtverbundes von Grundplatte (1) und Dreiecksprofilen (2) der Unterbau (9) mit der Grundplatte und der Oberbau (12) mit den Federpunkten (5) der Dreiecksprofile in Verbindung stehen.

32. Masse-Feder-System nach Anspruch 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberbau (12) mit der Zusatzplatte (15) als Auflagefläche für die Federpunkte (5) der Dreiecksprofile (2) versehen ist.

33. Masse-Feder-System nach Anspruch 24 oder nach einem der hierauf bezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Grundplatte (1) aus einem biegesteifen Werkstoff der Oberbau (12) mit der Grundplatte und der Unterbau (9) mit den Federpunkten (5) der Dreiecksprofile (2) in Verbindung stehen, wobei der Unterbau insbesondere ohne Zusatzplatte (15) als Auflagefläche für die Federpunkte ausgestattet ist.

34. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbau (9) einen integrierten Trog besitzt, der einen Bodenbereich (10) und zwei Seitenbereiche (11) umfasst, wobei im Trog der Oberbau (12) einsitzt, insbesondere in Form einer gleis- oder verkehrstragenden Platte.

35. Masse-Feder-System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass dieses den Bodenbereich (10) und die beiden Seitenbereiche (11) des Troges im Wesentlichen vollständig erfasst.

36. Masse-Feder-System nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Eckbereich (13) des im Trog einsitzenden Oberbaues (12) mit einer Dichtplane (16), insbesondere aus polymerem Werkstoff, versehen ist, wobei sich die Dichtplane zwischen der Grundplatte (1) bzw. Zusatzplatte (15) und der Basismasse des Oberbaues befindet.

37. Masse-Feder-System nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Fugenraum (14) im Oberflächenbereich (20) von Unterbau (9) und Oberbau (12) mit einem Dichtmittel, insbesondere in Form eines elastischen Fugenvergusses (17), insbesondere wiederum mit integrierter Poroschnur (18), oder eines Kompressionsfugenbandes (19), insbesondere wiederum aus elastomerem Werkstoff, verschlossen ist.