DE2604087C3 - SchweUeniiagel-Verankerungselement - Google Patents
SchweUeniiagel-VerankerungselementInfo
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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
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)
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
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