DE102004054794B3 - Rillenschiene - Google Patents

Abstract

Rillenschiene zur Befahrung durch mit Spurkranzrädern versehene Schienenfahrzeuge, beinhaltend einen mit einer Fahrschiene, einer Spurrille sowie einer Leitschiene versehenen Schienenkopf, einen Schienensteg, einen Schienenfuß sowie zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß sich erstreckende seitliche Schienenkammern, wobei die Fahrschiene zur Spurrille hin eine fahrzeugführende Flanke aufweist, die bei einer Spurrillentiefe > 20 mm, bezogen auf eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Achse des Schienenkopfes, eine Flankenneigung < 78° hat, und wobei der eine vorgebbare Gesamtbreite aufweisende Schienenfuß, bezogen auf die vertikale Mittelachse des Schienensteges, dergestalt asymmetrisch zum Schienenkopf angeordnet ist, dass der fahrschienenseitige Breitenanteil des Schienenfußes mindestens um den Faktor 1,2 größer ist als der leitschienenseitige Breitenanteil.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Rillenschiene zur Befahrung durch mit Spurkranzrädern versehene Schienenfahrzeuge.
• Rillenschienen sind bereits seit einer Vielzahl von Jahrzehnten bekannt, wobei sich deren konstruktiver Aufbau, über die Zeit gesehen, kaum verändert hat.
• Verwiesen wird hier beispielsweise auf die DE 70438 A sowie die DE 195 39 590 A1 .
• Rillenschienen gemäß Stand der Technik als Trägheitsschienen, d. h. mit Stegdicken < 50% der Schienenkopfbreite, weisen im Querschnitt vielfach eine schlanke Bauform auf.
• Im Hinblick auf Modifizierungen der die Rillenschienen befahrenen Schienenfahrzeuge, insbesondere deren Spurkranzräder, sind derartige Profile heute nicht mehr sinnvoll einsetzbar, da sich erhöhter Verschleiß bedingt durch höhere Querkräfte, insbesondere im Spurrillenbereich, respektive der dort gegebenen Flanken, einstellt.
• Durch die EP-A 1 462 570 ist eine Rillenschiene zur Befahrung durch mit Spurkranzrädern versehene Schienenfahrzeuge bekannt geworden, beinhaltend einen mit einer Fahrschiene, einer Spurrille sowie einer Leitschiene versehenen Schienenkopf, einen Schienensteg, einen Schienenfuß sowie zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß sich erstreckende seitliche Schienenkammern. Die Fahrschiene weist zur Spurrille hin eine fahrzeugführende Flanke auf. Der eine vorgebbare Gesamtbreite aufweisende Schienenfuß ist dergestalt asymmetrisch zum Schienenkopf angeordnet, dass, bezogen auf die vertikale Mittelachse des Schienensteges, der fahrschienenseitige Breitenanteil des Schienenfußes mindestens um den Faktor 1,2 größer ist als der leitschienenseitige Breitenanteil.
• Der DE-A 479 362 ist eine einteilige Rillenschiene mit gegen die Mittelachse des Fußes und Steges versetzter Rillenmittelachse und gleichmäßig zu dieser ausgebildetem Fahr- und Leitkopf zu entnehmen. Die Rillenschiene ist als Flachrillenschiene ausgebildet.
• Flachrillenschienen weichen von Tiefrillenschienen dadurch ab, dass sie unterschiedlich gefertigt werden. Bei einer Flachrillenschiene wird beispielsweise die Rille durch Fräsen eingebracht, während das Profil der Tiefrille durch Walzen eingebracht wird. Insofern sind derartige Profile nicht miteinander vergleichbar.
• Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Rillenschienenprofil mit einer Tiefrille bereit zu stellen, das den heutigen Anforderungen im Hinblick auf wesentlich geringere Fahrbahndicken, z. B. feste Fahrbahnen, insbesondere von Straßenkonstruktionen, genüge tut, einfach herstellbar ist und auch im wesentlichen horizontal auftretende Querkräfte bei sicherer, insbesondere elastischer, Abstützung auf dem Boden oder damit zusammenwirkenden Bauteilen aufnehmen kann.
• Dieses Ziel wird erreicht durch eine Rillenschiene zur Befahrung durch mit Spurkranzrädern versehene Schienenfahrzeuge, beinhaltend einen mit einer Fahrschiene, einer Spurrille sowie einer Leitschiene versehenen Schienenkopf, einen Schienensteg, einen Schienenfuß sowie zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß sich erstreckende, seitliche Schienenkammern, wobei die Fahrschiene zur Spurrille hin eine fahrzeugführende Flanke aufweist, die eine Spurrillentiefe > 20 mm, d. h. eine Tiefrille aufweist, bezogen auf eine im wesentlichen horizontal verlaufende Achse des Schienenkopfes, eine Flankenneigung < 78° hat, und wobei der eine vorgebbare Gesamtbreite aufweisende Schienenfuß, bezogen auf die vertikale Mittelachse des Schienensteges, dergestalt asymmetrisch zum Schienenkopf angeordnet ist, dass der fahrschienenseitige Breitenanteil des Schienenfußes mindestens um den Faktor 1,2 größer ist, als der leitschienenseitige Breitenanteil.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Gegenüber dem Stand der Technik kann somit ein Profil bereitgestellt werden, dass eine relativ geringe Bauhöhe (≤ 100 mm) aufweist. Infolge der in den Unteransprüchen definierten Verhältnisangaben wird ein Rillenschienenprofil definiert, das bei verbreiteter Fahrschiene in Kombination mit dem gegenüber dem Stand der Technik verringerten Neigungswinkel der Flanke sich einerseits ein geringerer Verschleiß einstellt und andererseits Querkräften problemlos dadurch begegnet werden kann, dass durch das Verhältnis der Breitenanteile des Schienenfußes in Verbindung mit der vergrößerten Stegdicke und dem verringerten Hebelarm des Kraftangriffes zum Fußpunkt die horizontale Auslenkung des Schienenkopfes verringert wird.
• Der geänderte Flankenneigungswinkel hat gegenüber dem Stand der Technik darüber hinaus noch spurführungstechnische Vorteile insbesondere bei Bogenfahrt, wodurch letztendlich der Fahrkomfort erhöht wird.
• Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
• Das einzige Ausführungsbeispiel zeigt als nicht zwangsläufig maßstabgerechte Prinzipsskizze das Profil einer Rillenschiene 1 die in diesem Beispiel auf einer aus Beton bestehenden festen Fahrbahn eingebaut werden soll. Die Rillenschiene 1 beinhaltet einen mit einer Fahrschiene 2, einer Spurrille 3 sowie einer Leitschiene 4 versehenen Schienenkopf 5, einen Schienensteg 6 und einen Schienenfuß 7.
• Zwischen dem Schienenkopf 5 und dem Schienenfuß 7 erstrecken sich unterschiedlich hoch ausgebildete seitliche Schienenkammern 8, 9. Die Fahrschiene 2 weist eine zur Spurrille 3 hin sich erstreckende fahrzeugführende Flanke 10 auf. Relativ zu einer gedachten Horizontalachse 11 verläuft die Flanke 10 in Richtung des Rillenbodens 12 der Spurrille 3 unter einem Neigungswinkel α, der in diesem Beispiel 76° betragen soll. Die Steigung der Flanke 10 beträgt somit in etwa 1:4,0. Der Schienenkopf 5 hat eine Gesamtbreite b, wobei der Anteil der Fahrschiene b1 zum verbleibenden Anteil b2 so ausgebildet ist, dass die Breite b1 der Fahrschiene 2 der Rollbreite einer üblichen Bandage von 95 mm Breite entspricht und in diesem Beispiel 57 % der Gesamtbreite b des Schienenkopfes 5 beträgt.
• Der eine vorgebbare Gesamtbreite B aufweisende Schienenfuß 7 ist dergestalt asymmetrisch zum Schienenkopf 5 angeordnet, dass der fahrschienenseitige Breitenanteil B1 in diesem Beispiel um den Faktor 1,4 größer ist als der leitschienenseitige Breitenanteil B2. Bezug wird hierbei genommen auf die vertikale Mittelachse 13 des eine vorgebbare Dicke D aufweisenden Schienensteges 6. Die Fahrfläche 14 der Fahrschiene 2 verläuft über mehrere Radien R1, R2, R3 in die fahrzeugführende Flanke 10 ein, wobei der Radius R1 in Richtung R3 über R2, ineinander übergehend, ständig kleiner wird. Die Gesamthöhe der Rillenschiene 1 ist mit h angegeben. Basis ist hierbei die Grundfläche G des Schienenfußes. Die Spurrille 3, ausgeführt als Tiefrille, weist eine Gesamttiefe T auf. In diesem Beispiel soll das Verhältnis der Gesamthöhe h der Rillenschiene 1 zur Gesamtbreite b des Schienenkopfes 1:1,25 betragen. Das Verhältnis der Gesamthöhe h der Rillenschiene 1 zur Gesamtbreite B des Schienenfußes 7 soll in diesem Beispiel 1:1,65 betragen. Das Verhältnis der Gesamtbreite b des Schienenkopfes 5 zur Gesamtbreite B des Schienenfußes 7 soll in diesem Beispiel etwa bei 1:1,3 liegen.
• Das Verhältnis der Rillentiefe T zur Gesamthöhe h der Rillenschiene 1 beträgt im Minimum 1:2. Das Verhältnis der Dicke D des Schienensteges 6 zur Gesamtbreite B des Schienenfußes 7 soll in diesem Beispiel etwa bei 1:7 liegen.
• Die fahrschienenseitige Schienenkammer 8 wird definiert durch eine schienenfußseitige Flanke 15 und eine fahrschienenseitige Flanke 16, die geeignet aufeinander zulaufen.
• Die gedachte Verlängerung 17 der fahrschienenseitigen Flanke 16 schneidet in diesem Beispiel den Rillenboden der Spurrille 3.
• Durch das in den Patentansprüchen definierte Profil der Rillenschiene 1 kann bei kleiner Bauhöhe h und optimierter Breite B des Schienenfußes 7 in Verbindung mit dem angegebenen Flankenwinkel α bei etwa horizontalem Kraftangriff F durch das Spurkranzrad eines nicht weiter dargestellten Schienenfahrzeuges eine gute Abstützung der Rillenschiene 1 auf hartem oder elastischem Boden einer festen Fahrbahn herbeigeführt werden, ohne dass Kippmomente wirksam werden. Die Höhe h1 des horizontalen Kraftangriffes F an der Flanke 10 der Fahrschiene 2 liegt– bezogen auf die Grundfläche G des Schienenfußes – zwischen 0,8 und 0,9 h der Rillenschiene 1. Der fahrschienenseitige Breitenanteil B1 soll in diesem Beispiel folgender Gleichung genügen B1 = B2 + D.
• Die Breite b1 der Fahrschiene 2 soll etwa dem leitschienenseitigen Breitenanteil B2 des Schienenfußes 7 entsprechen, wobei der leitschienenseitige Breitenanteil B2 < der Gesamthöhe h der Rillenschiene 1 sein soll. Schließlich soll in diesem Beispiel der fahrschienenseitige Breitenanteil B1 > als die Höhe h1 sein.

1

Rillenschiene

2

Fahrschiene

3

Spurrille

4

Leitschiene

5

Schienenkopf

6

Schienensteg

7

Schienenfuß

8

Schienenkammer

9

Schienenkammer

10

fahrzeugführende Flanke

11

Horizontalachse

12

Rillenboden

13

Mittelachse

14

Fahrfläche

15

schienenfußseitige Flanke

16

fahrschienenseitige Flanke

17

gedachte Verlängerung

b

Gesamtbreite Schienenkopf

b1

Breite Fahrschiene

b2

verbleibende Breite Schienenkopf

h

Gesamthöhe Rillenschiene

h1

Höhe Kraftangriff Fahrschiene

B

Gesamtbreite Schienenfuß

B1

fahrschienenseitiger Breitenanteil

B2

leitschienenseitiger Breitenanteil

T

Tiefe Spurrille

α

Neigungswinkel Flanke 10

R1

Radius

R2

Radius

R3

Radius

D

Stegdicke

G

Grundfläche Schienenfuß

Claims (14)

1. Rillenschiene zur Befahrung durch mit Spurkranzrädern versehene Schienenfahrzeuge, beinhaltend einen mit einer Fahrschiene (2), einer Spurrille (3) sowie einer Leitschiene (4) versehenen Schienenkopf (5), einen Schienensteg (6), einen Schienenfuß (7) sowie zwischen dem Schienenkopf (5) und dem Schienenfuß (7) sich erstreckende seitliche Schienenkammern (8, 9), wobei die Fahrschiene (2) zur Spurrille (3) hin eine fahrzeugführende Flanke (10) aufweist, die eine Spurrillentiefe (T) > 20 mm, d. h. eine Tiefrille aufweist, bezogen auf eine im wesentlichen horizontal verlaufende Achse (11) des Schienenkopfes (5), eine Flankenneigung (α) < 78° hat, und wobei der eine vorgebbare Gesamtbreite (B) aufweisende Schienenfuß (7), bezogen auf die vertikale Mittelachse (13) des Schienensteges (6), dergestalt asymmetrisch zum Schienenkopf (5) angeordnet ist, dass der fahrschienenseitige Breitenanteil (B1) des Schienenfußes (7) mindestens um den Faktor 1,2 größer ist, als der leitschienenseitige Breitenanteil (B2).
2. Rillenschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen horizontal verlaufende Fahrfläche (14) der Fahrschiene (2) über mehrere ineinander übergehende kleiner werdende Übergangsradien (R1, R2, R3) in die Flanke (10) einläuft.
3. Rillenschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b1) der Fahrschiene (2) zwischen 55 und 65 % der Gesamtbreite (b) des Schienenkopfes (5) beträgt.
4. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gesamthöhe (h) der Rillenschiene (1) zur Gesamtbreite (b) des Schienenkopfes (5) zwischen 1:1,2 und 1:1,4 liegt.
5. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gesamthöhe (h) der Rillenschiene (1) zur Gesamtbreite (B) des Schienenfußes (7) zwischen 1:1,5 und 1:1,8 liegt.
6. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gesamtbreite (b) des Schienenkopfes (5) zur Gesamtbreite (B) des Schienenfußes (7) zwischen 1:1,2 und 1:1,4 liegt.
7. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillentiefe (T) der Spurrille (3) bezogen auf die Gesamthöhe (h) der Rillenschiene (1) mindestens 50 % beträgt.
8. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke (D) des Schienensteges (6) zur Gesamtbreite (B) des Schienenfußes (7) zwischen 1:4 und 1:9 liegt.
9. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) < 75° ist.
10. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Breitenanteile (B2:B1) des Schienenfußes (7) mindestens 1:1,3 beträgt.
11. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in die fahrschienenseitige Schienenkammer (8) einlaufende Flanke (16) der Fahrschiene (2) dergestalt geneigt in Richtung des Schienenfußes (7) verläuft, dass deren gedachte Verlängerung (17) den Rillenboden (12) der Spurrille (3) schneidet.
12. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrschienenseitige Breitenanteil (B1) folgender Gleichung genügt: B1 = B2 + Dworin B1 der fahrschienenseitige Breitenanteil B2 der leitschienenseitige Breitenanteil D die Stegdicke ist.
13. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b1) der Fahrschiene (2) im wesentlichen dem leitschienenseitigen Breitenanteil (B2) entspricht; wobei der leitschienenseitige Breitenanteil (B2) < der Gesamthöhe (h) der Rillenschiene ist.
14. Rillenschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrschienenseitige Breitenanteil (B1) ≥ als die Höhe (h1) des Kraftangriffes (F) an der Fahrschiene (2), bezogen auf die Grundfläche (G) des Schienenfußes (7), ist.