DE2604087C3 - SchweUeniiagel-Verankerungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwellennagel-Verankerungselement für eine sichere aber elastische Befestigung einer Schiene an einer Schwelle mit einem Paar langgestreckter Schenkel mit einer Vielzahl von sich in Abstand voneinander in Querrichtung erstreckenden, an der Schwelle angreifenden parallelen Rippen. «

Es besteht seit langem das Problem, daß sich die Schienen von Eisenbahngeleisen lösen. Gewöhnlich sind die Schienen an den Querschwellen durch eingetriebene mit Köpfen versehene Nägel befestigt, welche den Schienenflansch an der Schwelle halten. Verschiedene Umstände können jedoch zu einer Lösung der Verbindung führen. Die Bewegung von Lokomotiven und beladenen Wagen über das Geleis führt zu einer wellenartigen Bewegung der Schienen. Aufgrund des erheblichen Gewichts und aufgrund der Konzentration so des Gewichts auf einem sehr kleinen Bereich unterhalb der Räder ist eine solche Bewegung unvermeidbar. Während ein beladener Zug sich über die Schienen bewegt, wird jede Stelle der Schienen alternierend einer extrem hohen Belastung ausgesetzt (wenn ein Rad direkt diese Stelle berührt), gefolgt von einer unbelasteten Periode, wenn diese Stelle sich zwischen den Rädern des Zugs befindet Dieses wellenartige Belastungsmuster führt zu einer undulier_^knden Kraft, welche den Schwellennagel aus seinem festen Sitz in der Schwelle <>o löst. Die auf den Schwellennagelkopf ausgeübte und nach oben gerichtete Kraft führt schließlich dazu, daß der Schwellennagel aus dem Nagelloch in der Schwelle schlüpft. Nunmehr kann die Schiene sich in einem gewissen Ausmaß ansprechend auf die Wellenbewe- *■"> gung in vertikaler Richtung bewegen. Diese Lockerung der Schiene beschleunigt den Prozeß der Herauslösung des Schwellennagels, da die Schiene nun relativ frei schwingen kann, wenn ein Zug sich darüber hinwegbewegt Eine derartige Lösung von Schwellennägeln stellt eine erhebliche Gefahr dar. Es kann zum Entgleisen des Zuges kommen.

Zu dem beschriebenen Effekt der rollenden Last kommt noch der Umstand, daß aufgrund von Ungleichmäßigkeiten des Schienenbettes zusätzliche die Schwellennägel anhebende Kräfte kommen. Eine Hebung des Schienenbettes durch Frost oder durch Wasserablaufprobleme führt zu einer ungleichmäßigen Unterstützung der Schwellen. Hierdurch kann es geschehen, daß die eine oder andere Schiene aus der Fluchtung mit der angrenzenden Schiene verschoben wird. Da nun die beiden Schienen nicht mehr in einer horizontalen Ebene liegen, kommt es bei einer darüber hinwegfahrenden Lokomotive oder bei darüber hinweg-fahrenden beladenen Wagen zu einer schwingenden Bewegung von einer Seite zur anderen, wenn der Zug über die nicht fluchtende Stelle hinwegfährt Diese Wackelbewegung übt auf den die jeweilige Schiene haltenden Schwellennagel eine nach auswärts gerichtete Kraft aus. Die am oberen Ende der Schiene ausgeübte seitliche Kraft führt zu einer Schaukelbewegung der Schiene oder zu einer Schwenkbewegung derselben um ihren Basisflansch. Diese Schaukelbewegung der Schiene führt ebenfalls zu einem Anheben des Schwellennagels, dessen Kopf auf der Oberseite des Außenabschnittes des Schienenflansches anliegt

Frühere Versuche zur Lösung dieses Problems führten zur Verwendung von mit Gewinde versehenen Schwellennägeln, welche in die hölzerne Schwelle eingedreht wurden. Dies führte zu einer erheblichen Verteuerung der Schienenverlegung, da das Eindrehen einer Schraube mehr Arbeitsaufwand erfordert als das Eintreiben eines Nagels. Außerdem führte diese Lösung zu sekundären Problemen. Mit Gewinde versehene Schwellennägel (Schrauben) führen zu einer sehr festen Verbindung zwischen Schiene und Schwelle. Auf den ersten Blick erscheint dies vorteilhaft In der Praxis ist dies jedoch sehr unbefriedigend. Wegen der äußerst hohen Belastungen durch den über die Schienen hinwegfahrenden Zug (Lokomotive und beladene Wagen) muß die Verbindung zwischen Schiene und Schwelle etwas nachgiebig oder flexibel sein. Wenn die Verbindung sehr starr ist, so wird die Belastung auf den Kopf des Schwellennagels konzentriert und die hierdurch verursachten Beanspruchungen führen schließlich zu einer Beschädigung des Schwellennagels und zu einer vollständigen Lösung der Schiene.

Eine herkömmliche Lösung des Problems der Lockerung von Schwellennägeln besteht in dem Anbringen eines verriegelnden Einsatzes zwischen Schwellennagel und Schwelle. Die US-PS 14 50 280 beschreibt ein Schwellennagel-Verankerungselement für eine sichere aber elastische Befestigung einer Schiene an einer Schwelle mit einem Paar langgestreckter Schenkel, welche eine Vielzahl von sich im Abstand voneinander in Querrichtung erstreckenden an der Schwelle angreifenden parallelen Rippen aufweisen. Der eingetriebene Schwellennagel liegt mit einer konstanten Reibungskraft an der glatten Innenfläche des Verankerungselementes an. Ein solches Verankerungselement bietet lediglich eine verriegelnde Wirkung zwischen dem Verankerungselement und der Schwelle, nicht jedoch eine verriegelnde Wirkung zwischen dem Verankerungselement und dem Schwellennagel. Daher kann es trotz Verwendung eines solchen Verankerungselementes bei wiederholten BeIa-

stungs- und Entlastungszyklen zu einem Lockern und Herauslösen des Schwellennagels kommen. Die US-PS 18 55 329 beschreibt ein zweiteiliges Verankerungselement, welches umständliche Arbeitsschritte erfordert. Zunächst muß ein Loch in die Schwelle gebojirt werdea Danach wird das erste hülsenförmige Verankerungselement eingesetzt Danach wird ein zweites inneres hülsenförmiges Verankerungselement eingetrieben, wodurch das erste Verankeningselement verriegelt wird. Danach wird der Schwellennagel in das zweUe hülsenförmig'i Verankerungselement eingetrieben. Auch bei dieser Einrichtung wird der Schwellennagel mit einer konstanten Reibungskraft an der Innenfläche des Verankerungselementes gehalten und die Verriegelungswirkung des Verankerungselementes ist gering. Die US-PS 27 19452 beschreibt ein Verankerungselement, welches zusammen mit dem Schwellennagel in die Schwelle eingetrieben werden kann. Das Verankerungselement hat auf der Innenseite eine elastische Beschichtung, welche jedoch nicht eine Verriegelung des Schwellennagels gegen ein Herausschlüpfen bewirkt

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Schwellennagel-Verankerungselement der eingangs genannten Art für eine sichere aber elastische Befestigung einer Schiene an einer Schwelle mit Hilfe eines üblichen Schwellennagels zu schaffen, welches zusammen mit dem Schwellennagel in die Schwelle eingetrieben werden kann und dabei eine verriegelnde Wirkung sowohl zwischen der Schwelle und dem Verankerungselement als auch zwischen dem Verankerangselement und dem Sehwe'-lennagel entfaltet, welche einem Herausschlüpfen des Schwellennagels aus dem Verankerungselement entgegenwirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schenkel durch einen verstärkten, eine Eintreibspitze und einen Amboß für den Angriff des Schwellennagels umfassenden Steg zu einer allgemein U-förmigen, dem Schwellennagel angepaßten Gestalt verbunden sind und sowohl an der Schwelle als auch am Schwellennagel mit Außenkanten bzw. Innenkanten angreifende, über Verbindungsstege elastisch mit den Schenkeln verbundene Rippen umfassen, wobei zwei gegenüberliegende Rippen jeweils einen sich nach oben öffnenden Winkel von weniger als 135° bilden.

Hierdurch wird die gestellte Aufgabe auf vorteilhafte Weise gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verankerungselementes,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Verankerungselementes gemäß F ig. 1,

Fig.3 einen Schnitt durch eine Verbindung von Schiene und Schwelle mit einem Schwellennagel und dem erfindungsgemäßen Verankerungselement gemäß F i g. 1 und

F i g. 4 einen vergrößerten Teilschnitt des Verankerungselementes gemäß F i g. 1 zwischen Schwellennagel und Schwelle.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verankerungselementes oder Verriegelungseinsatzes 11. Das Verankerungselement 11 umfaßt ein Paar aufrechtstehende Schenkel 12, welche durch einen Steg 13 verbunden sind. Letzterer umfaßt im Vergleich zu den aufrechtstehenden Schenkeln 12 einen verdickten oder verstärkten Querschnitt sowie eine Kante. Wie man aus F i g. 2 erkennt ist jeder der aufwärtsstehenden Schenkel 12 allgemein eben ausgebildet und umfaßt eine Vielzahl von verriegelnd oder verankernd wirkenden schräg gestellten Rippen 14, welche über die gesamte Länge des jeweiligen Abschnitts verteilt angeordnet sind. Fig.3 zeigt einen Schnitt, wobei ein Verankerungselement 11 mit einem Schwellennagel 18 in eine Schwelle 24 eingetrieben ist Der Schwellennagel 18

ίο umfaßt einen Kopf 19, welcher an einem Flansch 21 einer Schiene 20 anliegt wodurch die Schiene an der Schwelle 24 befestigt ist Das Verankerungselement 11 wird zusammen mit dem Schwellennagel 18 in die Schwelle 24 eingetrieben, wobei das Ende des Schwellennagels 18 an dem Steg 13 des Verankerungselem^ntes angreift Hierdurch wird die beim Einschlagen auf den Kopf 19 ausgeübte Kraft auf den Steg 13 übertragen, wodurch die Kante in die Schwelle 24 eindringt

Die verriegelnd wirkenden Rippen 14 sind genauer in Fig.4 gezeigt Man erkennt daß die verriegelnden Rippen 14 in einem Winkel zum aufrechtstehenden Schenkel 12 angeordnet sind. Der untere Abschnitt der Rippe 14 umfaßt eine spitze untere Kante 27, welche an der Oberfläche des Schwellennagels 18 angreift und hier Deformationen hervorruft Das obere Ende der Rippe 14 umfaßt eine obere Kante 28, welche in die Schwelle 24 eindringt und hier ebenfalls Deformationen hervorruft Die Rippen 14 sind mit dem aufrechtstehenden Schenkel 12 über den Verbindungssteg 16 verbunden, und zwar an beiden Enden der Rippen, so daß eine Verdrehung der Rippen 14 relativ zum Schenkel 12 in beiden Richtungen verhindert wird. Man erkennt jedoch, daß das Eintreiben des Verankerungselementes abwärts in die Schwelle einer geringeren hemmenden Kraft begegnet als die entsprechende Aufwärtsbewegung des Verankerungselementes relativ zur Schwelle 24. In ähnlicher Weise begegnet die Abwärtsbewegung des Schwellennage's 18 relativ zum Verankerungsele-

■♦o ment Il (gemäß Fig.4) einer geringeren hemmenden Kraft als die entsprechende Aufwärtsbewegung des Schwellennagels. Auf diese Weise kann der Schwellennagel in das Verankerungselement 11 eingetrieben werden und andererseits das Verankerungselement in die Schwelle 24 eingetrieben werden, wobei auf die Rippen 14 eine nur mäßige Drehkraft relativ zum Verankeningselement 11 ausgeübt wird.

Sobald das Verankerungselement 11 und der Schwellennagel 18 ihre vollständig eingeschlagene Position in der Schwelle 24 erreicht haben, führt die Kraft in den Verbindungsstegen 16 zwischen den Rippen 14 und dem aufrechten Schenkel 12 des Verankerungselementes 11 dazu, daß die Rippen sowohl in die Schwelle 24 als auch in den Schwellennagel 18 eindringen (diese Kraft hat zuvor einer Verdrehung der Rippen 14 entgegengewirkt). Die Kante 27 führt zu einer Deformation der Oberfläche des Nagels 18 und dringt leicht in den Nagel ein. In ähnlicher Weise schneidet sich die Kante 28 in die Schwelle 24 ein. Man

w erkennt daher, daß die Rippe 14 gleichzeitig eine Verankerungskraft auf die Verbindung zwischen dem Schwellennagel 18 und dem Verankeningselement U als auch auf die Verbindung zwischen dem Verankerungselement 11 und der Schwelle 24 ausübt.

'■' Jeoe auf den Schwellennagel 18 ausgeübte Kraft, welche diesen herauszuziehen versucht, würde gemäß Fig.4 auf die Rippen 14 eine verdrehende Kraft im Uhrzeigersinn ausüben. Dies würde nun zu einem noch

tieferen Eindringen der Kante 27 in den Schwellennagel 18 und zu einem noch tieferen Eindringen der Kante 28 in die Schwelle 24 führen. Es muß betont werden, daß die gleichen Verhältnisse auch auf der anderen Seite des Schwellennagels 18 herrschen. Daher kann trotz einer gegen die Fläche des Schwellennagels 18 ausgeübten seitlichen Kraft keine seitliche Bewegung des Schwellennagels auftreten, da eine gleiche, der vorerwähnten seitlichen Kraft entgegengesetzte Kraft auf die entgegengesetzte Seite des Schwellennagels ausgeübt wird. Eine solche seitliche Kraft würde die scharfe Kante 27 tiefer in die Oberfläche des Schwellennagels 18 eindringen lassen, wodurch die verankernde Wirkung des Verankerungselementes 11 in bezug auf den Sch-wcüennagel IS noch erhöht würde. Als Ergebnis is dieser bei einer Aufwärtsbewegung des Schwellennagels auf diesen in seitlicher Richtung ausgeübten Kräfte muß eine den Schwellennagel 18 anhebende Bewegung desselben automatisch zu einer Erhöhung der Verankerungs- oder Verriegelungskraft, welche auf den Schwellennagel und gleichzeitig auch auf die Schwelle 24 ausgeübt wird, führen.

Aus obiger Beschreibung der Fig.3 und 4 geht hervor, daß der Winkel zwischen der Rippe 14 und dem ebenen Bereich des aufrechten Schenkels 12 von Bedeutung ist Die angestrebte Wechselwirkung zwischen dem aufrechten Schenkel 12, den Verbindungsstegen 16 und den Rippen 14 ist zwar bei fast jedem Winkel wirksam, optimale Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn der Winkel zwischen der Rippe und dem aufrechten Schenkel weniger als 90° beträgt, nachdem der Schwellennagel 18 in dem Verankerungselement 11 positioniert wurde. Die Rippen 14 können anfänglich senkrecht zum ebenen Bereich des aufrechtstehenden Schenkels 12 ausgerichtet sein, wobei es beim Einschlagen des Schwellennagels 18 zu einer Verdrehung der Rippen in die in Fig.3 gezeigte Position kommt Es ist jedoch in den meisten Fällen bevorzugt, daß die Rippen 14 schon anfänglich zu dem Amboßbereich des Verankerungselementes nach unten abgewinkelt sind. Dies führt zu einer Verringerung der Deformation des Schwellennagels 18 und der Drehung der Rippen 14 beim Einschlagen des Schwellennagels. Ferner sollte vorteilhafterweise der Winkel zwischen den Rippen 14 und dem ebenen Bereich des aufrechtstehenden Schenkels 12 weniger als 45° betragen, wie in F i g. 4 durch den Winkel λ angedeutet Wenn der Winkel et klein ist, so führt eine geringe Aufwärtsbewegung des Schwellennagels 18 relativ zum Verankerungselement 11 zu einer großen seitlichen so Verlagerung der Kante 27 der Rippe 14 bei der Drehbewegung dieser Rippe aufgrund der Aufwärtsbewegung des Schwellennagels. Diese relativ starke seitliche Verschiebung führt zu einer starken Deformation des Schwellennagels 18 und zu einer darauf resultierenden großen seitlichen Kraft Wenn andererseits der Winkel ä groß ist, so führt eine geringe Bewegung des Schwellennagels 18 zu einer geringen seitlichen Verschiebung der Kante mit einer entsprechenden geringen Zunahme der seitlichen durch das bo Verankerungselement 11 auf den Schwellennagel und die Schwelle 24 ausgeübten Kraft Aus diesen Gründen sollte der V/inkel β zwischen zwei jeweils gegenüberliegenden Rippen gemäß F i g. 3 einen Wert unterhalb 90° haben. Dies erleichtert das Einsetzen des Schwellenna- r>< gels 18 in das Verankerungselement 11 und führt andererseits zu einer Maximiening der Zunahme der seitlichen Kraft, welche bei einer Anhebung des

Schwellennagels auf den Schwellen nagel ausgeübt wird.

Das Verankerungselement U kann leicht durch Stanzen hergestellt werden, wobei die Rippen 14 aus den ebenen Bereichen der aufrechtstehenden Schenkel 12 gebildet und gegenüber diesen verdreht werden. Bei diesem Vorgang kann man genügend ungestanztes Material an den Enden der Rippen 14 belassen, so daß die Verbindungsstege 16 ausgebildet werden. Als Material für die Verankerungselemente 11 kommt gehärteter Stahl in Frage. Es ist vorteilhaft, wenn die Kante 27 der Rippe 14 härter ist als das Material, aus dem der verlängerte Schaftbereich des Nagels 18 besteht, so daß der Schwellennage! durch die Rippe deformiert werden kann.

Die vorstehende Beschreibung befaßt sich ausschließlich mit den Vorgängen einer Neuinstallation, wobei der Schwellennagel 18 und das Verankerungselement 11 gleichzeitig in die Schwelle 24 eingetrieben werden. Das erfindungsgemäße Verankerungselement ist jedoch auch zur Reparatur schon bestehender Gleisanlagen geeignet Ein Schwellennagel ohne das erfindungsgemäße Verankerungselement erfährt eine Lockerung in dem Loch, welches beim Eintreiben des Schwellennagels in die Schwelle gebildet wird. Mit der Zeit wird das Loch größer und der Schwellennagel wird locker. Eine Reparatur ist nun auf einfache Weise dadurch möglich, daß man den Schwellennagel herauszieht und dann das Verankerungselement zwischen den Seitenflächen des alten Loches und des wieder eingeschlagenen Schwellennagels anbringt

In vorstehender Beschreibung wurde stets eine Ausführungsform erläutert, bei der der Kopf des eingeschlagenen Schwellennagels den Basisflansch der Schiene direkt berührt Hierbei handelt es sich jedoch um eine Vereinfachung. Häufig ist nämlich zwischen dem Basisflansch der Schiene und dem Schwellennagel eine Schwellenplatte vorgesehen. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch diese Ausführungsform der Schienenbefestigung. Wenn daher in dieser Beschreibung davon die Rede ist, daß der Kopf des Schwellennagels am Basisflansch der Schiene angreift so soll hierunter ein direkter oder ein indirekter Angriff verstanden werden. Bei einem indirekten Angriff des Schwellennagelkopfes an der Schiene handelt es sich um den Angriff des Schwellennagelkopfes an einer Verlängerung der Schiene, z. B. an einer Schwellenplatte.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vielzahl von alternativen Ausführungsformen und Modifizierungen. Bei vorstehend beschriebener Ausführungsform sind die Rippen 14 und die aufrechtstehenden Schenkel 12 einstückig ausgebildet und sie werden aus einem einzigen Werkstück durch Stanzen od. dgL gebildet Es ist jedoch auch möglich, diese Elemente einzeln herzustellen und dann zusammenzusetzen. Ferner sollte das Verankerungselement 11 härter sein als das Material des Schwellennagels. Dies gilt jedoch nicht unbedingt für das gesamte Verankerungselement Es genügt, daß die Kante 27 der Rippe 14 härter ist als der SchwellennageL Daher könnte das Verankerungselement 11 aus einem Material gefertigt sein, welches weicher ist als der Schwellennagel, wobei die Kanten der Rippen nachträglich gehärtet werden könnten, so daß sie den Schwellennagel zu deformieren vermögen. Natürlich muß das Verankerungselement 11 nicht unbedingt aus Stahl gefertigt werden. Eine Vielzahl anderer Materialien ist hierzu geeignet, je nach der speziellen Umgebung in der das Verankerungselement

verwendet werden soll.

Da eine Aufwärtsbewegung des Schwellennagels 18 durch das Verankerungselement 11 nicht strikt verhindert wird, sondern lediglich zu einer Zunahme der den Schwellennagel zurückhaltenden Kraft führt und zu einer Zunahme der in dem Verankerungselement gespeicherten Energie, kommt zwischen dem Schwellennagel, dem Verankerungselement und der Schwelle 24 eine nachgiebige oder elastische Verbindung zustande. Aufgrund des Welleneffekts oder Schwingungseffekts der rollenden Last erfährt der Schwellennagel 18 eine gewisse Aufwärtsbewegung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verriegelungselementen führt dies jedoch zu einer nachfolgenden Abwärtsbewegung

des Schwellennagels 18. Da die Aufwärtsbewegung des Schwellennagels 18 zu einer Verstärkung der auf das Verankerungselement 11 und durch das Verankerungselement 11 ausgeübten Kräfte führt, so kommt es beim Abbau der die Aufwärtsbewegung verursachenden Belastung wieder zu einer Rückwärtsbewegung des Schwellennagels 18 in seine ursprüngliche Position, wobei die erhöhten Kräfte verzehrt werden. Daher ist die Verbindung nachgiebig genug, um eine Beschädigung des Schwellennagels 18 durch die Beanspruchung zu verhindern und dennoch fest genug, um ein Herausheben des Schwellennagels aus der Schwelle 24 zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schwellennagel-Verankerungselement für eine sichere aber elastische Befestigung einer Schiene an s einer Schwelle mit einem Paar langgestreckter Schenkel mit einer Vielzahl von sich in Abstand voneinander in Querrichtung erstreckenden, an der Schwelle angreifenden parallelen Rippen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (12) durch einen verstärkten, eine Eintreibspitze und einen Amboß für den Angriff des Schwellennagels (18) umfassenden Steg (13) zu einer allgemein U-förmigen, dem Schwellennagel (18) angepaßten Gestalt verbunden sind und sowohl an der Schwelle is als auch am Schwellennagel (18) mit Außenkanten (28) bzw. Innenkanten (27) angreifende, Ober Verbindungsstege (16) elastisch mit den Schenkeln (12) verbundene Rippen (14) umfassen, wobei zwei gegenüberliegende Rippen (14) jeweils einen sich nach oben öffnenden Winkel von weniger als 135° bilden.

2. Schwellennagel-Verankerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten (27) der Rippen (14) eine größere Härte aufweisen als der Schwellennagel (18).

3. Schwellennagel-Verankerungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Rippen (14) jeweils einen spitzen Winkel bilden. so