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Schienenbefestigung auf Betonschwellen unter Verwendung von hülsenartigen
Dübeln aus Kunststoff Die Erfindung bezieht sich auf Schienenbefestigungen auf Betonschwellen
unter Verwendung hülsenartiger Dübel aus Kunststoff zur Aufnahme stiftförmiger Befestigungsmittel.
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Das Befestigen einer Schiene auf einer Betonschwelle ist schwierig.
Die Befestigung soll sehr haltbar sein, damit sie großen Belastungen und Stößen
Widerstand leisten kann. Sie soll ferner dauerhaft sein, damit die erforderliche
und kostspielige Wartung auf ein Geringstmaß beschränkt bleibt. Weiter muß diese
Befestigung gelöst und nach der Lösung aufs neue zustande gebracht werden können.
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Zur Anwendung kommen unter anderem durch die ganze Dicke der Schwelle
hindurchlaufende Bolzen, Schrauben, welche in vorher einbetonierte metallische Garnituren
passen oder welche mittels hölzerner Dübel befestigt werden, Bolzen in ausgesparten
Blindlöchern, die an vorher einbetonierten, metallischen Profilen angreifen, Klammern
aus Federstahl, deren gebogenes oberes Ende federnd an dem Fuß der Schiene angreift,
und zwar mittelbar oder über ein Zwischenglied.
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Da durch den auf die Wand der ,Bohrung quer zur Schwelle ausgeübten
Druck die Gefahr besteht, daß die Schwelle in der Längsrichtung gespalten wird,
sind Maßnahmen bekannt, den durch die Befestigungsmittel auf die Lochwandung in
Richtung quer zur Schwelle ausgeübten Druck zu vermindern. Dies kann z. B. durch
Verwendung prismenförmiger Dübel geschehen. Ferner ist es bekannt, die Schienen
in den Schwellen mittels Schrauben mit prismenförmigen Köpfen zu befestigen. Dabei
wird der Schraubenbolzen von der Unterseite der Schwelle aus in das Schwellenloch
so weit eingeführt, daß der prismenförmige Kopf vollständig im Schwellenloch verschwindet
und vermöge seiner prismenförmigen Gestalt auf die Lochwandung nur in der Schwellenlängsrichtung
einen Druck ausübt. Auf den mit Gewinde versehenen Schraubenbolzen, der aus dem
Schwellenloch an der Oberseite der Schwelle herausragt, wird dann ein auch auf dem
Schienenfuß aufliegendes Zwischenstück aufgesetzt und das Zwischenstück dann mit
der Schraubenmutter festgezogen.
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Die meisten dieser Befestigungsmittel sind verhältnismäßig umständlich,
sie können oft nur nach Heben der Schwelle ausgetauscht werden und sind, z. B. im
Falle von Holz, der Verwitterung unterworfen. Abgesehen davon haben die meisten
Ausführungsformen zusätzlich den Nachteil, daß sie elektrisch nicht isolieren. Da
die Schwelle selbst nur unvollkommen isoliert, ist der Betrieb moderner elektrischer
Sicherheitsanlagen, nur dann möglich, wenn dabei zusätzliche Isolierkörper in die
Befestigungsmittel eingebaut werden. Derartige Isolierkörper sind meist zu empfindlich,
um in einer robusten Konstruktion gebraucht zu werden, sie sind außerdem wenig zuverlässig
und erfordern ständige Überwachung. Die bekannten Holzdübel isolieren zwar bis zu
einem gewissen Grad, sie verwittern jedoch leicht und sind verhältnismäßig unelastisch,
wodurch wiederum die erwähnte Gefahr der Spaltung der Schwelle auftritt. Die gleichfalls
bekannten Dübel aus thermoplastischen Kunststoffen, die mit Längsrippen versehen
sein können, sind ebenfalls in kaltem Zustand sehr wenig elastisch. Die bekannten
Dübelverbindungen haben ganz allgemein den Nachteil, daß sie infolge der Keilwirkung
im Beton rings um das Loch große Tangentialkräfte erzeugen und die Spaltung der
Schwelle verursachen können. Dann löst sich die Befestigung der Schiene, und die
Schwelle ist nicht mehr imstande, der Schiene den erforderlichen Halt zu gewähren.
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Damit Betonschwellen mit. Schienenbefestigungen, welche mittels Dübel
im Beton gehalten werden, einen genügenden Spaltungswiderstand erhalten, ist es
verständlich, daß beiderseits des Fußes der Schiene nur eine Dübelverbindung angeordnet
wird, und zwar in der Mitte der Breite der Schwelle oder etwas verschoben-in bezug
aufeinander, damit beiderseits der Löcher eine möglichst große Betondicke übrigbleibt.
Eine derartige Aufstellung der Dübelverbindunmen hat
aber den Nachteil,
daß der Fuß der Schiene nur über eine geringe Länge seitlich unterstützt wird, was
zur Folge hat, daß die Schiene in horizontaler Richtung eine ungenügende Starrheit
(Rahmenstarrheit) bekommt.
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Damit die Schiene eine genügende Rahmenstarrheit erhält, soll der
Schienenfuß über eine größere Länge seitlich unterstützt werden, wobei, um die Starrheit
zur Geltung kommen zu lassen, die erwähnten seitlichen Stützen jede für sich mittels
zweier Befestigungsmittel mit der Schwelle verbunden werden sollen, welche, in der
Querrichtung der Schwelle gesehen, in genügendem Abstand voneinander angeordnet
werden sollen. Dies hat zur Folge, daß die Dübelausnehmungen ziemlich dicht in der
Nähe der Seitenwände der Schwelle angeordnet werden müssen. Dann aber droht die
Gefahr des Spaltens der Schwelle (seitlichen Ausbrechens des Betons) erst recht.
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Zur Vermeidung aller vorgenannten Nachteile soll gemäß der Erfindung
eine Schienenbefestigung auf Betonschwellen unter Verwendung von hülsenartigen,
der Aufnahme stiftartiger Befestigungsmittel dienenden Dübeln aus Kunststoff, die
in Ausnehmungen der Schiwellen einsetzbar sind und deren äußere Umrißform dem Querschnitt
der Ausnehmungen ähnlich ist, dadurch gekennzeichnet sein, daß die Materialverteilung
im Dü belquerschnitt unterschiedlich ist, und zwar derart, daß in zwei sich nach
dem Einbau des Dübels in Schwellenlängsrichtung gegenüberliegenden Bereichen mehr
Material vorhanden ist und ein geringerer Hohlraum zwischen dem Dübel und der Innenwandung
der Ausnehmung bleibt als in den zwischen diesen Bereichen liegenden, also sich
quer zur Schwellenlängsrichtung gegenüberliegenden Bereichen des Dübels.
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Für die Dübel hat sich als Material ein neuzeitlicher Kunststoff,
wie ein Polyamid, insbesondere .Nylon, besonders brauchbar erwiesen. Dieser Stoff
hat den Vorteil, daß er eine große Stärke mit einer großen Zähigkeit vereinigt und
in kaltem Zustand wenigstens teilweise elastisch verformbar ist. Er hat gute elektrisch
isolierende Eigenschaften und ist sehr haltbar. Die Dübel können verhältnismäßig
billig durch -Spritzgießen hergestellt werden. Dabei ist es einfach, die konische
Form, wenn diese verlangt wird, und die erwünschte Materialverteilung dem Umfang
entlang, welche dazu erforderlich ist, daß die Klemmkräfte sich hauptsächlich in
der Längsrichtung der Schwelle auswirken, in dem Dübel zustande zu bringen. Man
braucht dann keine besondere Formgebung beim Befestigungsmittel (Nagel oder Stift)
anzuwenden, wodurch dieses aus Rundmaterial (konstante Querschnittsform) hergestellt
werden kann.
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Sowohl für die solide Befestigung der Schiene wie für die günstige
Beanspruchung des Betons durch die Klemmkräfte ist es erwünscht, daß die Klemmkraft
längs der Ausnehmung, des Dübels und des Stiftförmigen Befestigungsmittels gleichbleibend
ist und eine gleichbleibende Verteilung in der Querrichtung erfährt. Dies kann gemäß
der Erfindung erreicht werden, indem man die Querschnittsform der Aus= nehmungen,
der Dübel und/oder Dübelhohlräume (auch bei nicht konischen, also im allgemeinen
zylindrischen, stiftförmigen Befestigungsmitteln) aufeinander abstimmt.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 und 2 sind senkrechte Querschnitte einer nicht durchgehenden
Ausnehmung in einer Betonschwelle mit einem Schienennagel besonderer Form, welche
Querschnitte in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegen; Fig. 3 ist ein Querschnitt
des in Fig. 1 und 2 dargestellten Dübels in der Ausnehmung; Fig. 4 und 5 zeigen
Dübelformen in anderer Ausführung.
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Die nicht durchgehende und konische Ausnehmung 1 in der Schwelle 2
gemäß Fig. 1 und 2 hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten
Ecken (Fig. 3). Hierin ist ein passender Dübel 3 aus Nylon angeordnet. Dieser Dübel
ist der Länge nach mit Rippen 4 versehen (Fig. 3). Der Dübel ist hohl, d. h., über
die ganze Länge ist ein nach unten' sich konisch verengender mittiger Hohlraum 5
ausgespart. In ihn wird das Befestigungsende des ..,,,m:, Querschnitt rechteckigen
Nagelschaftes 13 gedrückt. Der Querschnitt des Nagels 13 ist gleichbleibend; 'd.
$.a der Schaft ist nicht konisch. Die Abmessungen des Dübels 3 sowohl an der Innen-
wie an der Außenseite, also auch der Rippen 4, sind sehr genau bestimmt, da-' mit
bei eingetriebenem Schienennagel 13 die Klemmkräfte bekannt und beschränkt sind
und die Kraft zum Wiederherausziehen des Nagels innerhalb gewünschter Grenzen bleibt.
Der Dübelquerschnitt ist in bezug auf die Ausnehmungsgröße und den gleichbleibenden
Querschnitt des Nagels derartig bestimmt, daß nur Klemmkräfte in einer Richtung,
z. B. in Richtung a-b, auftreten und daß in Richtung c-d nur geringe oder gar keine
Klemmung auftritt. Es sind dann auch besonders die von der Ebene a-b durchquerten
Rippen auf dem Dübel 3, die gepreßt werden. Diese Rippen werden also am meisten
verformt. Die Rippen in den Rundungen der Ausnehmung werden t4g verformt, und die
Rippen an den von der Ebene c-d durchquerten Seiten des Dübels werden praktisch
nicht verformt.
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Eine Verformung des Dübels in seiner Längsrichtung soll möglichst
vermieden werden. Zur Erfüllung dieser Forderung kann ein Kragen 17 am oberer Dübelende
beitragen, ferner soll in jedem Querschnitt senkrecht zur Dübelachse die Wandstärke
des Dübels (ohne die Rippen 4) kleiner sein als der Abstand ''zwischen Ausnehmungswandung
und Nagel, d. h., die Buchten zwischen den Rippen 4 sollen offen bleiben. Nur dann
ist in jedem Querschnitt eine elastische Verformung des Dübels möglich, ohne daß
eine Verdrängung des Dübelmaterials in Längsric'h@ung nötig ist. `" Die Konizität
des Dübels kann, gegebenenfalls'"° in Zusammenwirken mit der Breite der Rippen 4,
so gewählt werden, daß die Klemmkraft des Nagels entlang seines eingeklemmten Teils
gleich und in derselben Richtung gerichtet ist.
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In gleicher Weise wird die erwünschte Klemmkraft auch für rechteckige
Nägel mit abgerundeten Ecken erhalten.
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Der Dübelquerschnitt gemäß Fig. 4 ist mehr elliptisch. Hierzu paßt
ein ovaler Querschnitt des Nagelschaftes, wobei die Längsachsen der Ellipse und
des Ovals zusammenfallen.
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Die Abmessungen sind derart gewählt, daß "die Klemmkräfte praktisch
ausschließlich in der Richtung der langen Achse der Ellipse wirksam werden. Man
sieht in Fig. 4, daß der Dübel an der Stelle 6 eine größere Dicke hat als an der
Stelle 7. Wenn der im Querschnittovale Nagelschaft eingetrieben wird, wird an der
Stelle 6 -eine größere Zusammenpressung des Dübelmaterials stattfinden als bei der
Stelle 7 und. infolgedessen -wirkt die Klemmkraft in der Richtung der langen Achse
der Ellipse. Diese lange Achse der
Ellipse soll sich also in der
Längsrichtung der Schwelle erstrecken.
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Es spricht nichts dagegen, der Ausnehmung in dem Beton eine elliptische
Gestaltung zu geben. Man soll nur dafür sorgen, daß die Achsen dieser Ausnehmung
in der richtigen Richtung liegen, und man soll ebenfalls dafür sorgen, daß der Dübel
in der richtigen Weise in der Ausnehmung angeordnet wird.
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Der Dübelquerschnitt gemäß Fig.5 ist auf eine kreisrunde Ausnehmung
in der Schwelle abgestellt, für einen kreisrunden Nagelschaftquerschnitt. Der Hohlraum
in dem Dübel ist aber oval, und infolgedessen ist der Dübel bei der Stelle 8 dicker
als bei der Stelle 9, und der Zwischenraum zwischen Dübel und Ausnehmungswand ist
bei Punkt 8 geringer als bei Punkt 9. Die Klemmkräfte wirken dann an der Stelle
8, und die Achse 10 soll sich dann in der Längsrichtung der Schwelle erstrecken.
Würde man einen Nagel mit ovalem Schaftquerschnitt benutzen, so wäre es auch möglich,
die Klemmkräfte an derStelle 9 zu erzeugen, und dann sollte die Achse 11 sich in
der Längsrichtung der Schwelle erstrecken.