EP0393432B1 - Befestigungssystem für Schienen - Google Patents
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- EP0393432B1 EP0393432B1 EP90106538A EP90106538A EP0393432B1 EP 0393432 B1 EP0393432 B1 EP 0393432B1 EP 90106538 A EP90106538 A EP 90106538A EP 90106538 A EP90106538 A EP 90106538A EP 0393432 B1 EP0393432 B1 EP 0393432B1
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- rail
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- fixing system
- clamping
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
- E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
- E01B9/02—Fastening rails, tie-plates, or chairs directly on sleepers or foundations; Means therefor
- E01B9/32—Fastening on steel sleepers with clamp members
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
- E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
- E01B9/02—Fastening rails, tie-plates, or chairs directly on sleepers or foundations; Means therefor
- E01B9/04—Fastening on wooden or concrete sleepers or on masonry without clamp members
- E01B9/10—Screws or bolts for sleepers
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
- E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
- E01B9/02—Fastening rails, tie-plates, or chairs directly on sleepers or foundations; Means therefor
- E01B9/28—Fastening on wooden or concrete sleepers or on masonry with clamp members
Definitions
- the invention relates to a fastening system for rails, switch tracks, crane tracks and the like. on sublimations made of concrete, wood, steel or similar building materials of the type specified in the preamble of claim 1.
- Elastic or rigid steel structures are used to fasten rails to sub-thresholds for the transmission of horizontal forces.
- a large number of differently designed construction elements are regularly required for the elastic transmission of the large vertical and horizontal forces.
- a disadvantage of rigid constructions and solutions with spring elements made of steel is that the individual steel elements touch one another or the rail foot and that corrosion, wear and noise occur increasingly on the contact surfaces.
- an elastic block only serves to facilitate the bracing and the approach of a rigid shaped piece and a holding element, but not to increase the flexibility of the holding element.
- the elastic rail is fastened in that a tensioning clamp, which is fastened by a screw connection to the lower threshold element, takes over the function of the bracing and the elastic lateral force transmission.
- DD-PS 224 350 describes an elastic and form-fitting connection of rails and sub-swelling, in which recesses provided in the sub-swelling are lined with elastic parts or embedded in the concrete, into which appropriately designed fastening means engage.
- the fastening between the rail and the sublimation is done by a screw connection.
- These known rail fastenings likewise do not provide any electrical and / or mechanical separation between the rail foot or the clamping element for the sublimation. This also results in high wear and an undesirable noise level.
- the elastic and electrically insulating fastening device described in AT-PS 295 578 does not offer any sealing of the perforation of the steel clamping elements against the penetration of liquids, which lead to premature wear of the screw bolt and the dowel and a deterioration in the insulating properties.
- Another disadvantage is that a resiliently bendable metal plate is used for the elastic bracing, which has a low life expectancy due to wear and fatigue.
- the object of the invention is to provide a re-tensionable, elastic, steel-saving, low-wear and low-noise rail fastening, which is a simple, automatable assembly, disassembly and maintenance of Track construction enables.
- permanent, high electrical resistance between the rail, the clamping element and the sublimation is to be achieved and the contact of steel elements with one another or with the rail to reduce wear or noise is largely avoided.
- elastic shock absorption in the horizontal and / or vertical direction is to be achieved.
- the rail clamping elements should also have a high resistance to cold.
- the insulating, spring and clamping elements used to fasten the rails should be able to be produced efficiently in large quantities in terms of production technology and should guarantee simple assembly / disassembly and a reduction in maintenance expenditure.
- the object is achieved according to the features of claim 1, wherein insulating and spring elements made of cold-resistant thermoplastic polyurethane (TPU) are arranged in rail fastening devices in the form of elastomer bands, washers, strips and bushings so that between the rail foot and steel , Wood or concrete construction elastomer strips or bands, between the screw and clamping element elastomer washers or bushings and between the support surface of the clamping element of the sleeper or base plate and possibly the rail foot and clamping element elastomer strips, so that a high electrical resistance between the rail and sub-swelling is achieved Contact of steel elements with each other or with the rail is avoided and wear or noise reduction and electrical insulation is achieved, and horizontal and vertical forces can be absorbed in the elastic bracing.
- TPU cold-resistant thermoplastic polyurethane
- the invention provides simple assembly / disassembly and a reduction in the maintenance effort of the rail fastening system.
- the rail clamping elements are designed and arranged in such a way that the tensioning force generated by a screw or nail or bolt-like connection to the rail support is elastically transferred to the rail base and the horizontal forces are directly and elastically transferred from the rail base to the rail support, and at the same time the rail is laterally fixed during tensioning and is held down.
- the rail clamping elements according to the invention are elastic, can be re-tensioned and are suitable on rail supports made of different materials with direct rail support.
- the connecting elements can be wedge-shaped, designed as an angle bar or as a cupping clamping element.
- Parts of the connecting element screw, nail or bolt protrude from the rail base edge towards the center of the rail when it is tensioned. In the released state, all the parts lie outside the vertical surface, starting from the edge of the rail foot, the connecting elements in the rail support being inclined 1: 4 to 1: 8, preferably 1: 6, to the vertical.
- the rail clamping elements according to the invention are arranged with the connecting elements, such as screws, nails or bolts, in such a way that steel parts cannot come into contact with one another during the entire rail fastening. This prevents noise and wear reduced. In addition, a high electrical resistance between the rail and rail support is achieved. Rail clamping elements can be used so that the known steel plates for power distribution can be saved.
- the rail clamping elements can also be designed as slotted elastomer clamping elements which brace the rail base with the rail support via a screw connection and a slotted force distribution plate. This variant enables the rail fastening to be assembled and disassembled quickly.
- the high-modulus TPU insulation and spring elements or rail clamping elements can be manufactured using conventional injection molding technology.
- the injection molding tools used are advantageously provided with a generously designed sprue system.
- the insulating and spring elements or rail clamping elements as fastening elements are molded on using conventional gate variants.
- the insulating and spring elements or rail clamping elements made of cold-resistant, high-modulus TPU used for the rail fastening system according to the invention are characterized in that they consist of higher molecular weight polyhydroxyl compounds and diisocyanates in an equivalent ratio of 1 to 7 to 1 to 14 as well as low molecular weight hydroxyl compounds with an equivalent ratio to the higher molecular weight polyhydroxyl compounds consist of 1 in 5 to 1 in 12.
- a polyester alcohol with an average molar mass of. Is used as the higher molecular weight hydroxyl compound for producing the cold-resistant TPU 1,800 to 2,500, based on adipic acid and a mixture of 1,6-hexanediol and 1,4-butanediol in an equivalent ratio of 1: 3 to 3: 1 of 1,6-hexanediol to 1,4-butanediol are preferred.
- Linear aliphatic and / or aromatic diols with a molar mass of 60 to 600 are used as low molecular weight hydroxyl compounds, which optionally contain 1 to 3 parts by mass in% of monools as reaction and molar mass regulators for TPU synthesis.
- 4,4-Diphenylmethane diisocyanate is preferably used as the diisocyanate in the TPU.
- other auxiliaries and additives can be used, such as, for example, lubricants, hydrolysis, aging and light stabilizers, dyes, pigments, inorganic and / or organic fillers and reinforcing agents.
- the TPU is preferably produced by the one-shot process, the hydroxyl-containing components, auxiliaries and additives being mixed with the diisocyanate component at 50 to 200 degrees Celsius and, after the reaction has taken place, the polymer mass being granulated at 120 to 200 degrees Celsius.
- the insulating, spring and clamping elements according to the invention are obtained from the TPU granulate by means of injection molding.
- the material composition of the rail fastening device With the material composition of the rail fastening device according to the invention, improved cold stability of the parts and a cold brittleness temperature of -35 degrees Celsius is achieved, which was previously not possible with known polyurethane raw materials based on polyester alcohol.
- the parts have a compressive strength of ⁇ 35 N / mm2 and an elastic compressibility up to 40%, which fully meets the requirements for the enormous load in the rail area.
- the equivalent ratio of the higher molecular weight polyol to the diisocyanate is 1: 8.7.
- the equivalent ratio of high molecular weight diol to low molecular weight diols is 1: 7.1.
- the reaction mixture is poured onto a sheet at 130 degrees Celsius.
- the solidified polyurethane molding compound can be granulated after 36 hours.
- Insulating properties (according to DIN 53 482 and DIN 53 483 ) measured at 800 Hz
- the equivalent ratio of the higher molecular weight polyol to the diisocyanate is 1: 7.2.
- the equivalent ratio of the high molecular weight diol to the low molecular weight diol is 1: 5.7.
- the reaction mixture is poured onto a sheet at 120 degrees Celsius.
- the solidified polyurethane molding compound can be granulated after 36 hours.
- Insulating and spring elements according to Example 4 were produced from the TPU according to Examples 1 and 2 by the injection molding process. The practical tests were carried out on a pulsator with a threshold load of 0 to 30 kN up to 8 million load changes.
- insulation values of ⁇ 500 k ⁇ could be achieved.
- FIG. 1 and 2 show elastically and electrically insulated fastening devices according to the invention in use in concrete or wood sublimation.
- a concrete or wooden sublimation carries a rail, a plate 2 made of insulating and damping TPU being supported.
- a threshold screw 21 anchored in the dowel or wood of the sublimation transmits the clamping force via a TPU insulating bush 1 to a steel clamping element 20 and is mechanically and electrically separated from the latter by the insulating bush.
- the rail base edge is separated from the clamping element by a highly wear-resistant, elastic and electrically insulated TPU strip 3.
- the steel clamping element 20 is clamped in an elastically and mechanically separate manner in a recess in the sub-swelling by a trough-shaped TPU strip 4.
- a concrete or wooden sublimation carries a rail on a conventional elastic base made of z. B. rubber, the rail foot edge is separated by a highly wear-resistant, elastic and electrically insulated TPU strip 3 from the clamping element.
- the sleeper screw anchored in the dowel or wood of the sublimation transfers the tensioning force via a TPU spring washer 5 to the steel clamping element.
- the steel clamping element is elastically and mechanically separated in a recess in the sublimation by a TPU strip 4.
- the bar 3 shown in FIGS. 1 and 2 has a C-shaped cross section and surrounds the rail foot edge, with its upper leg and its central web between the rail foot 9 and the profiled clamping plate 20.
- the fastening has a rail clamping element and a screw connection (sleeper screw or hammer head screw).
- the rail base 9 is mechanically and electrically separated from the screw 11 using a thermoplastic polyurethane (TPU) hoop clamping element 6 and is elastically braced with the rail support 8.
- TPU thermoplastic polyurethane
- the rail is separated from the swelling by an insulating and damping TPU plate 10. This effects the electrical insulation of the rail.
- the adapter sleeve or dowel is completely sealed against moisture.
- Fig. 4 shows the attachment with a rail clamping element, the rail being braced by means of a rail nail and held down on a concrete or wooden undulation.
- a TPU clamping element 7 and a rail nail 12 and a power distribution plate 13 the rail base 9 is clamped in an insulating manner and held down.
- the rail is separated from the rail support 8 by an insulating and damping TPU plate 10. This ensures a completely elastic bracing. Moisture penetration into the rail support contact element is prevented.
- Fig. 5 shows an attachment with rail clamping element, screw connection and steel power distribution plate.
- a slotted TPU clamping element 14 With a slotted TPU clamping element 14, the rail foot 9 is braced by the sleeper screw 11 and the slotted power distribution plate 15 (made of steel) with the rail support 8.
- the rail is covered by an insulating and damping TPU plate 10 and the Clamping element 14 separated from the rail support 8 without removing the sleeper screw 11.
- the slotted power distribution plate enables easy installation. It is also no longer possible for liquid to penetrate the adapter sleeve / dowel.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für Schienen, Weichenfahrbahnen, Kranbahnen u.dgl. auf Unterschwellungen aus Beton, Holz, Stahl oder ähnlichen Baustoffen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
- Zur Befestigung von Schienen auf Unterschwellungen werden zur Übertragung von Horizontalkräften elastische oder starre Stahlkonstruktionen verwendet, wobei für die elastische Übertragung der großen vertikalen und horizontalen Kräfte regelmäßig eine Vielzahl von unterschiedlich ausgebildeten Konstruktionselementen erforderlich ist. Nachteilig bei starren Konstruktionen und Lösungen mit Federelementen aus Stahl ist, daß sich die einzelnen Stahlelemente untereinander bzw. den Schienenfuß berühren und an den Kontaktflächen verstärkt Korrosion, Verschleiß und Geräusche auftreten. Beim Einsatz von bekannten Kunststoffelementen zur mechanischen und/oder elektrischen Trennung von Stahlteilen kann bisher nicht auf elastische Schienenklemmelemente aus Stahl verzichtet werden.
- Gemäß der AT-PS 344 768 dient ein elastischer Block lediglich dazu, die Verspannung und die Annäherung eines starren Formstückes und eines Halteelementes zu erleichtern, nicht jedoch dazu, die Flexibilität des Halteelementes zu vergrößern.
- Gemäß der DD-PS 250 346 erfolgt die elastische Schienenbefestigung dadurch, daß eine durch eine Schraubenverbindung auf dem Unterschwellenelement befestigte Spannklemme die Funktion der Verspannung und der elastischen Seitenkraftübertragung übernimmt.
- In der DD-PS 224 350 wird eine elastische und formschlüssige Verbindung von Schienen und Unterschwellung beschrieben, bei welcher in der Unterschwellung vorgesehene Aussparungen mit elastischen Teilen ausgekleidet bzw. in den Beton eingebettet sind, in die entsprechend ausgebildete Befestigungsmittel eingreifen. Die Befestigung zwischen Schiene und Unterschwellung erfolgt durch eine Schraubverbindung. Durch diese bekannten Schienenbefestigungen ist ebenfalls keine elektrische und/oder mechanische Trennung zwischen Schienenfuß bzw. Klemmelement zur Unterschwellung gegeben. Daraus ergibt sich ebenfalls ein hoher Verschleiß und ein unerwünschter Geräuschpegel.
- Die in der AT-PS 295 578 beschriebene elastische und elektrisch isolierende Befestigungsvorrichtung bietet keine Abdichtung der Lochung der stählernen Klemmelemente gegen das Eindringen von Flüssigkeiten, die einen vorzeitigen Verschleiß des Schraubenbolzens und des Dübels sowie eine Verschlechterung der Isoliereigenschaften bewirken. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für die elastische Verspannung eine federelastisch durchbiegbare Metall- platte verwendet wird, die durch Verschleiß und Ermüdung eine geringe Lebenserwartung aufweist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine nachspannbare, elastische, stahlsparende, verschleiß- und geräuscharme Schienenbefestigung zu schaffen, die eine einfache, automatisierbare Montage, Demontage und Instandhaltung der Gleiskonstruktion ermöglicht. Dabei soll zugleich ein dauerhafter, hoher elektrischer Widerstand zwischen Schiene, Klemmelement und Unterschwellung erreicht und die Berührung von Stahlelementen untereinander bzw, mit der Schiene zur Minderung des Verschleisses bzw. von Lärm weitgehend vermieden werden. Ferner soll eine elastische Stoßdämpfung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung erreicht werden. Die Schienenklemmelemente sollen gleichzeitig eine hohe Kältebeständigkeit aufweisen. Weiterhin sollen die zur Befestigung der Schienen eingesetzten Isolier-, Feder- und Klemmelemente fertigungstechnisch rationell in hohen Stückzahlen hergestellt werden können und eine einfache Montage/Demontage sowie eine Verringerung des Instandhaltungsaufwandes garantieren.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei Isolier- und Federelemente aus kältebeständigem thermoplastischem Polyurethan (TPU) in Schienenbefestigungsvorrichtungen in Form von Elastomerbändern, -scheiben, -leisten und -buchsen so angeordnet sind, daß sich zwischen Schienenfuß und Stahl-, Holz- oder Betonkonstruktion Elastomerleisten oder -bänder, zwischen Schraube und Klemmelement Elastomerscheiben oder -buchsen sowie zwischen Stützfläche des Klemmelementes der Schwelle oder Unterlageplatte und ggf. dem Schienenfuß und Klemmelement Elastomerleisten befinden, so daß ein hoher elektrischer Widerstand zwischen Schiene und Unterschwellung erreicht, die Berührung von Stahlelementen untereinander bzw. mit der Schiene vermieden und somit Verschleiß bzw. Geräuschminderung und elektrische Isolierung erreicht wird, sowie bei der elastischen Verspannung Horizontal- und Vertikalkräfte aufgenommen werden können.
- Gleichzeitig werden die Lochungen der stählernen Klemmelemente gegen das Eindringen von Flüssigkeiten (Feuchtigkeit) abgedichtet. Durch die Erfindung ist eine einfache Montage/Demontage und eine Verringerung des Instandhaltungsaufwandes des Schienenbefestigungssystems gegeben.
- Die Schienenklemmelemente sind so ausgebildet und angeordnet, daß die durch eine schraub- oder nagel- bzw. bolzenartige Verbindung mit der Schienenunterstützung erzeugte Verspannkraft elastisch auf den Schienenfuß und die Horizontalkräfte direkt und elastisch vom Schienenfuß auf die Schienenunterstützung übertragen und gleichzeitig die Schiene beim Verspannen seitlich fixiert und niedergehalten wird.
- Die erfindungsgemäßen Schienenklemmelemente sind elastisch, nachspannbar und auf Schienenunterstützungen aus verschiedenen Materialien mit direkter Schienenauflagerung geeignet.
- Sie können keilförmig, als Winkelleiste oder als Höckerklemmelement ausgebildet sein. Teile des Verbindungselementes (Schraube, Nagel oder Bolzen) ragen im verspannten Zustand über die Schienenfußkante in Richtung Schienenmitte heraus. Im gelösten Zustand liegen alle Teile außerhalb der senkrechten Fläche, ausgehend von der Kante des Schienenfußes, wobei die Verbindungselemente in der Schienenunterstützung 1 : 4 bis 1 : 8, vorzugsweise 1 : 6, zur Senkrechten geneigt sind.
- Die erfindungsgemäßen Schienenklemmelemente sind zu den Verbindungselementen, wie Schrauben, Nägeln oder Bolzen, so angeordnet, daß bei der gesamten Schienenbefestigung keine gegenseitige Berührung von Stahlteilen möglich ist. Dadurch wird Lärm vermieden und der Verschleiß reduziert. Außerdem wird ein hoher elektrischer Widerstand zwischen Schiene und Schienenunterstützung erreicht. Schienenklemmelemente können so eingesetzt werden, daß die bekannten Stahlplatten zur Kraftverteilung eingespart werden können.
- Die Schienenklemmelemente können auch als geschlitzte Elastomer-Klemmelemente ausgeführt sein, die über eine Schraubverbindung und eine geschlitzte Kraftverteilerplatte den Schienenfuß mit der Schienenunterstützung verspannen. Durch diese Variante ist eine schnelle Montage bzw. Demontage der Schienenbefestigung gegeben.
- Die hochmoduligen TPU-Isolier- und Federelemente oder Schienenklemmelemente sind mit üblicher Spritzgußtechnik herstellbar. Die zur Anwendung gelangenden Spritzgießwerkzeuge sind vorteilhafterweise mit großzügig gestaltetem Angußkanalsystem versehen. Das Anspritzen der Isolier- und Federelemente oder Schienenklemmelemente als Befestigungselemente erfolgt über herkömmliche Anschnittvarianten.
- Die für das erfindungsgemäße Schienenbefestigungssystem verwendeten Isolier- und Federelemente oder Schienenklemmelemente aus kältebeständigen, hochmoduligen TPU sind dadurch charakterisiert, daß sie aus höhermolekularen Polyhydroxylverbindungen und Diisocyanaten in einem Äquivalentverhältnis von 1 zu 7 bis 1 zu 14 sowie aus niedermolekularen Hydroxylverbindungen mit einem Äquivalentverhältnis zu den höhermolekularen Polyhydroxylverbindungen von 1 zu 5 bis 1 zu 12 bestehen.
- Als höhermolekulare Hydroxylverbindungen zur Herstellung des kältebeständigen TPU wird ein Polyesteralkohol mit einer mittleren molaren Masse von 1 800 bis 2 500, basierend auf Adipinsäure und einem Gemisch aus Hexandiol-1,6 und Butandiol-1,4 in einem Äquivalentverhältnis von 1 zu 3 bis 3 zu 1 an Hexandiol-1,6 zu Butandiol-1,4 bevorzugt.
- Als niedermolekulare Hydroxylverbindungen finden lineare aliphatische und/oder aromatische Diole mit einer molaren Masse von 60 bis 600 Verwendung, die gegebenenfalls 1 bis 3 Massenanteile in % Monoole als Reaktionsund Molmassenregulator für die TPU-Synthese enthalten.
- Als Diisocyanat wird in den TPU bevorzugt 4,4-Diphenylmethandiisocyanat eingesetzt. Neben den Aufbaukomponenten können weitere Hilfsmittel und Zusatzstoffe zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Gleitmittel, Hydrolyse-, Alterungs- und Lichtschutzmittel, Farbstoffe, Pigmente, anorganische und/oder organische Füllstoffe und Verstärkungsmittel.
- Die Herstellung des TPU wird vorzugsweise nach dem one-shot-Verfahren durchgeführt, wobei die hydroxylhaltigen Komponenten, Hilfsmittel und Zusatzstoffe mit der Diisocyanatkomponente bei 50 bis 200 Grad Celsius miteinander vermischt und nach erfolgter Reaktion bei 120 bis 200 Grad Celsius die Polymermasse granuliert wird. Aus dem TPU-Granulat erhält man die erfindungsgemäßen Isolier-, Feder- und Klemmelemente mittels Spritzgußverfahren.
- Mit der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung der Schienenbefestigungsvorrichtung wird eine verbesserte Kältestabilität der Teile und eine Kältesprödigkeitstemperatur von -35 Grad Celsius erreicht, welche mit bekannten Polyurethanrohstoffen auf Polyesteralkoholbasis bisher nicht möglich war. Die Teile besitzen eine Druckfestigkeit von ≧ 35 N/mm² und eine elastische Druckverformbarkeit bis 40 %, die für die enorme Belastung im Schienenbereich voll den Anforderungen entspricht.
- Versuche zur Aufnahme der Federkennlinien ergaben, daß durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Isolier- und Federlemente gegenüber bekannten Stahlfedervarianten eine 50%ige Bauhöheneinsparung bei einer gleichzeitigen 60%igen Erhöhung des Federweges bei konstanter Kraft erreicht wurde.
- 41,06 Massenanteile eines linearen Polyesteralkohols auf der Basis von Adipinsäure, Hexandiol-1,6 und Butandiol-1,4 mit einem Molekulargewicht von 2150 werden bei 60 Grad Celsius mit 11,41 Massenanteilen Butandiol-1,4, 4,56 Massenanteilen eines niedermolekularen Diols auf der Basis Adipinsäure, Diethylenglykol und Ethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 546 sowie mit 0,32 Massenanteilen eines Monools auf der Basis eines Gemisches von C8 - C18-Fettalkoholen, 0,77 Massenanteilen eines Hydrolyseschutzmittels und mit 0,14 Massenanteilen eines Gleitmittels 60 Sekunden lang vermischt und anschließend mit 41,74 Massenanteilen auf 50 Grad Celsius erhitztem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat unter ständigem Rühren zur Reaktion gebracht. Das NCO/OH-Verhältnis der Reaktanden beträgt 1,06 : 1.
- Das Äquivalentverhältnis des höhermolekularen Polyols zum Diisocyanat beträgt 1 : 8,7. Das Äquivalentverhältnis von höhermolekularen Diol zu den niedermolekularen Diolen beträgt 1 : 7,1. Nach einer Minute Homogenisierung wird die Reaktionsmischung auf ein Blech von 130 Grad Celsius gegossen. Die erstarrte Polyurethan-Formmasse ist nach 36 h granulierfähig.
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- Kältesprödigkeitstemperatur
- -40 bis -45 °C
- Kälterichtwert
- -24 °C
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- 45,93 Massenanteile eines linearen Polyesteralkohols auf der Basis von Adipinsäure, Hexandiol-1,6 und Butandiol-1,4 mit einem Molekulargewicht von 2 000 werden bei 60 Grad Celsius mit 11,81 Massenanteilen Butandiol-1,4, 0,78 Massenanteilen eines Hydrolyseschutzmittels und mit 0,14 Massenanteilen eines Gleitmittels 60 Sekunden lang vermischt und anschließend mit 41,34 Massenanteilen auf 50 Grad Celsius erhitztem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat unter ständigem Rühren zur Reaktion gebracht. Das NCO/OH-Verhältnis der Reaktanden beträgt 1,06 : 1.
- Das Äquivalentverhältnis des höhermolekularen Polyols zum Diisocyanat beträgt 1 : 7,2. Das Äquivalentverhältnis des höhermolekularen Diols zum niedermolekularen Diol beträgt 1 : 5,7. Nach einer Minute Homogenisierung wird die Reaktionsmischung auf ein Blech von 120 Grad Celsius gegossen. Die erstarrte Polyurethan-Formmasse ist nach 36 h granulierfähig.
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- Kältesprödigkeitstemperatur
- -35 bis -40 °C
- Kälterichtwert
- -23 °C
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- Aus dem TPU nach Beispielen 1 und 2 wurden Isolierund Federelemente nach Beispiel 4, siehe Skizze, nach dem Spritzgießverfahren hergestellt. Die praxisnahen Versuche wurden auf einem Impulsator mit einer Schwellast von 0 bis 30 kN bis zu 8 Millionen Lastwechsel durchgeführt.
- Während die parallel geprüften Stahlfederringe nach 500 000 Lastwechseln völlig verschlissen waren, wiesen die erfindungsgemäßen TPU-Elemente keinerlei Beschädigungen, keine Risse und keinen Verschleiß auf und zeigten ein gutes Dämpfungsvermögen. Nach Aufnahme von Federkennlinien konnte beim Einsatz der erfindungsgemäßen Isolier- und Federelemente gegenüber einer Stahlvariante eine 50%ige Bauhöheneinsparung bei einer gleichzeitigen 60%igen Erhöhung des Federweges bei konstanter Kraft erreicht werden.
- Nach Bestücken von Spannbetonschwellen, die einen Widerstand von 2 bis 5 k Ω aufweisen, mit den Isoslier- und Federelementen aus dem TPU-Material nach Beispiel 1 und 2 konnten Isolierwerte von ≧ 500 k Ω erreicht werden.
- Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Fig. 1 und 2 zeigen elastisch und elektrisch isolierte Befestigungsvorrichtungen gemäß der Erfindung in der Anwendung bei der Beton- oder Holzunterschwellung.
- Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt eine Beton- oder Holzunterschwellung eine Schiene, wobei eine Platte 2 aus isolierendem und dämpfendem TPU untergelegt ist. Eine im Dübel bzw. Holz der Unterschwellung verankerte Schwellenschraube 21 überträgt die Verspannkraft über eine TPU-Isolierbuchse 1 auf ein stählernes Klemmelement 20 und wird durch die Isolierbuchse mechanisch und elektrisch von diesem getrennt. Die Schienenfußkante wird durch eine hochverschleißfeste, elastische und elektrisch isolierte TPU-Leiste 3 vom Klemmelement getrennt. In einer Ausnehmung in der Unterschwellung wird durch eine trogförmige TPU-Leiste 4 das stählerne Klemmelement 20 elastisch- und mechanisch getrennt verspannt.
- Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt eine Beton- oder Holzunterschwellung eine Schiene auf einer herkömmlichen elastischen Unterlage aus z. B. Gummi, wobei die Schienenfußkante durch eine hochverschleißfeste, elastische und elektrisch isolierte TPU-Leiste 3 vom Klemmelement getrennt wird. Die im Dübel bzw. Holz der Unterschwellung verankerte Schwellenschraube überträgt die Verspannkraft über eine TPU Federscheibe 5 auf das stählerne Klemmelement.
- In einer Ausnehmung in der Unterschwellung wird durch eine TPU-Leiste 4 das stählerne Klemmelement elastisch und mechanisch getrennt. Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Leiste 3 hat einen C-förmigen Querschnitt und umgibt die Schienenfußkante, wobei sich ihr oberer Schenkel und ihr Mittelsteg zwischen dem Schienenfuß 9 und der profilierten Klemmplatte 20 befinden.
- Gemäß Fig. 3 weist die Befestigung ein Schienenklemmelement und eine Schraubverbindung (Schwellenschraube oder Hammerkopfschraube) auf. Mit einem thermoplastischem Polyurethan (TPU) Hoeckerklemmelement 6 wird der Schienenfuß 9 von der Schraube 11 mechanisch und elektrisch getrennt und mit der Schienenunterstützung 8 elastisch verspannt. Die Schiene wird durch eine isolierende und dämpfende TPU-Platte 10 von der Unterschwellung getrennt. Damit wird die elektrische Isolierung der Schiene bewirkt. Außerdem erfolgt eine vollständige Abdichtung der Spannhülse bzw. des Dübels gegen Feuchtigkeit.
- Fig. 4 zeigt die Befestigung mit einem Schienenklemmelement, wobei die Schiene mittels Schienennagel verspannt und auf einer Beton- oder Holzunterschwellung niedergehalten wird. Mit einem TPU-Klemmelement 7 und einem Schienennagel 12 sowie einer Kraftverteilerplatte 13 wird der Schienenfuß 9 isolierend verspannt und nieder gehalten. Die Schiene wird durch eine isolierende und dämpfende TPU-Platte 10 von der Schienenunterstützung 8 getrennt. So wird eine völlig elastische Verspannung gewährleistet. Zum Schienenfuß hin ist in das Kontaktelement zur Schienenunterstützung das Eindringen von Feuchtigkeit ausgeschlossen.
- Fig. 5 zeigt eine Befestigung mit Schienenklemmelement, Schraubverbindung und stählerner Kraftverteilerplatte. Mit einem geschlitzten TPU-Klemmelement 14 wird der Schienenfuß 9 von der Schwellenschraube 11 und der geschlitzten Kraftverteilerplatte 15 (aus Stahl) mit der Schienenunterstützung 8 verspannt. Die Schiene wird durch eine isolierende und dämpfende TPU-Platte 10 und dem Klemmelement 14 von der Schienenunterstützung 8 ohne Entnahme der Schwellenschraube 11 getrennt. Durch die geschlitzte Kraftverteilerplatte ist eine leichte Montage möglich. Ein Eindringen von Flüssigkeit in die Spannhülse/Dübel ist auch hier nicht mehr möglich.
Claims (6)
- Befestigungssystem für Schienen auf Schwellen, bei dem bolzenförmige Verbindungselemente in der Schwelle verankert sind und mit ihrem verbreiterten Kopf den Schienenfuß direkt oder über Klemmglieder niederhalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß isolierende Feder- oder Klemmelemente (1 bis 4; 6) zwischen den jeweiligen Bauteilen vorgesehen sind, die beim elastischen Verspannen der Verbindungselemente die Lochung und Trennfugen elastisch und dämpfend abdichten und die aus kältebeständigem, hochmoduligem thermoplastischem Polyurethan (TPU) mit einer Druckfestigkeit von ≧ 35 N/mm² und einer elastischen Druckverformbarkeit bis 40 % bestehen. - Befestigungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Schienenfuß und der Schwelle mindestens ein band- oder leistenförmiges TPU-Element (2, 10) dem Verbindungselement und dem Klemmglied ein scheiben- bzw. buchsenförmiges TPU-Element (3, 4) sowie zwischen der Stützfläche des Klemmelementes und der Schwelle oder dem Schienenfuß mindestens eine profilierte TPU-Leiste angeordnet sind. - Befestigungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein geschlitztes TPU-Klemmelement über eine Schraubverbindung und eine geschlitzte Verteilerplatte den Schienenfuß mit der Schienenunterstützung verspannt. - Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die TPU-Elemente aus thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethan-Elastomeren eine Kältesprödigkeitstemperatur von mindestens -35 °C aufweisen, wobei die Polyurethan-Elastomere aus höhermolekularen Polyhydroxylverbindungen und Diisocyanaten in einem Äquivalentverhältnis von 1:7 bis 1:14 und aktive Wasserstoffatome enthaltenden niedermolekularen Hydoxylverbindungen in einem Äquivalentverhältnis von 1:5 bis 1:12 bestehen und als höhermolekulare Polyhydroxylverbindungen Polyesteralkohole auf der Basis von Adipinsäure und ein Gemisch aus Hexandiol-1,6 und Butandiol-1,4 in einem Äquivalentverhältnis von 1:3 bis 3:1 an Hexandiol-1,6 zu Butandiol-1,4 mit einer mittleren molaren Masse von 1800 bis 2500 enthalten. - Befestigungssystem nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als aktive Wasserstoffatome enthaltende niedermolekulare Hydroxylverbindungen aliphatische und/oder aromatische Diole mit einer molaren Masse von 60 bis 600 Verwendung finden. - Befestigungssystem nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Diisocyanat 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat zum Einsatz kommt.
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