SCHÄFER, Sebastian (Heidenpfuhl 20, Bergheim-Glessen, 50129, DE)
GART, Eugen (Asternweg 3, Lüdenscheid, 58511, DE)
SCHÄFER, Sebastian (Heidenpfuhl 20, Bergheim-Glessen, 50129, DE)
| Patentansprüche Hakenbolzen zur Schienenbefestigung auf Hohlschwellen (12), insbesondere Stahischwellen, umfassend: ein Eingriffselement (18) aus Gussmetall, das einen hakenförmigen Einsteckabschnitt (20) sowie einen Auflageabschnitt (21) umfasst, der mit einem Aufnahmeraum (22) zur Aufnahme eines Gewindeelements (24) ausgebildet ist; wobei das Gewindeelement (24) einen Gewindebolzen (30) sowie einen Aufnahmeschuh (26) aufweist; und der Aufnahmeschuh (26) so dimensioniert ist, um formschlüssig in den Aufnahmeraum (22) des Auflageabschnitt s (21) einsetzbar zu sein. Hakenbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (25) aus Stahl besteht. Hakenbolzen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hakenförmige Eingriffselement (20) aus Grauguss ode Kugelgrafitguss besteht. Hakenbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (22) des Eingriffselements (18) so gestaltet ist, dass der Aufnahmeschuh (26) des Gewindeelements (24) senkrecht zur Längsachse des Gewindebolzens (30) in den Aufnahmeraum (22) einschiebbar ist. 5. Hakenbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hakenförmige Einsteckabschnitt (20) eine Arretiernase (23) aufweist, die eine im Wesentlichen in einer weiteren Ebene senkrecht zur Längsachse des Gewindebolzens (30) orientierte Anschlagfläche (23a) besitzt . 6. Hakenbolzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiernase (23) am Außenradius des im Wesentlichen bogenförmigen Einsteckabschnitts (20) gebildet ist, 7. Hakenbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Kunststoffabdeckung (50), die sich über den Auflageabschnitt (21) sowie den in dem Aufnahmeraum (22) angeordneten Aufnahmeschuh (26) erstreckt und eine Durchtrittsöff ung (52) für den Gewindebolzen (30) aufweist. 8. Schienenbefestigungssystem, umfassend: mindestens eine Hohlschwelle (12) mit Durchtrittsöffnungen (13); sowie Hakenbolzen (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mit ihrem hakenförmigen. Einsteckabschnitt (20) in die Durchtrittsöffnungen (13) der mindestens einen Hohlschwelle (12) eingreifen; Winkelführungsplatten (10, 11), durch welche jeweils der Gewindebolzen (30) der Hakenbolzen (40) hindurchtritt; sowie Spannklemmen (4), die jeweils durch Befestigungselemente (8} auf den Gewindebolzen (30) fixiert sind. |
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Hakenbolzen zur
Schienenbefestigung auf Hohlschwellen, insbesondere
Stahlschwellen, sowie ein Schienenbefestigungssystem unter Verwendung derartiger Hakenbolzen.
Stand der Technik
Gängige Eisenbahnschwellen können entweder aus Vollmaterial wie z.B. Holz oder Beton bestehen, oder aber auch als
Hohlschwellen ausgestaltet sein. Während bei der Verwendung von Holzschwellen die Schienenbefestigung auf der Schwelle häufig durch das direkte Einschrauben von
Befestigungselementen in das Holzmaterial erfolgt, werden bei Betonschwellen Dübel in das Betonmaterial eingegossen, in welche wiederum geeignete Befestigungsschrauben eines
Schienenbefestigungssystems eingeschraubt werden.
Derartige Techniken können bei Hohlschwelien nicht eingesetzt Vierden. Hier reicht die Wandstärke der Schwelle nicht aus, um ein Befestigungselement für das Schienenbefestigungssystem sicher zu befestigen, damit die erforderlichen Kräfte in die Hohlschwelle übertragen werden können. Daher ist es bekannt, bei Hohlschwellen Hakenbolzen zu verwenden, die einen hakenförmigen Ansatz aufweisen, der durch eine
Durchtrittsöffnung in die Hohlschwelle eingeführt werden kann und in der korrekten Montageposition des Hakenbolzens im Schienenbefestigungssystem formschlüssig in der Hohlschwelle arretiert ist. Hakenbolzen im Stand der Technik werden aus Guss hergestellt. Die hohen Seitenkräfte, insbesondere bei Schwerlast, kann der untere, hakenförmige Teil des Bolzens aufgrund der konstruktiven Gestaltung ohne Probleme
aufnehmen. Limitierend für die gesamte Festigkeit
herkömmlicher Hakenbolzen aus Guss ist allerdings der Gewindeteil, der aus geometrischen Gründen im gesamten
Schienenbefestigungssystem nur eine vorgegebene
Maximaldimensionierung besitzen kann. Aufgrund der guten Materialeigenschaften warm geformter Hakenschrauben werden diese aber standardmäßig eingesetzt, wenn auch die maximalen, übertragbaren Kräfte durch die Materialeigenschaften und die Beschränkungen bei der Dimensionierung limitiert sind.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hakenbolzen zur Schienenbefestigung vorzuschlagen, der bei
kostengünstiger Fertigung höheren Belastungen standhält.
Diese Aufgabe wird durch einen Hakenbolzen mit den Merkmaien des Anspruchs 1 gelöst. Ein Schienenbefestigungssystem unter Verwendung erfindungsgemäßer Hakenbolzen wird durch die
Merkmale des Anspruchs 8 beschrieben.
Erfindungsgemäß umfasst der Hakenbolzen zur
Schienenbefestigung auf Hohlschwellen, insbesondere
Stahlschwellen, ein Eingriffselement aus Gussmetall, das einen hakenförmigen Einsteckabschnitt sowie einen
Auflageabschnitt umfasst, der mit einem Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Gewindeelements ausgebildet ist. Das
Gewindeelement weist einen Gewindebolzen sowie einen
Auf ahmeschuh auf, wobei der Aufnahmeschuh so dimensioniert ist, um formschlüssig in den Aufnahmeraum des
Auflageabschnitts einsetzbar zu sein.
Der erfindungsgemäße Hakenbolzen wird somit aus zwei Teilen hergestellt. Das Eingriffselement wird dabei mit dem
Gewindeelement verbunden, indem der Aufnahmeschuh des
Gewindeelements formschlüssig in den Aufnahmeraum des
Eingriffselements eingesetzt ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Eingriffselement und das Gewindeelement aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen, die in Bezug auf deren Gesamtkosten einerseits und die aufnehmbaren
Belastungen andererseits optimiert sind. So ist
erfindungsgemäß das Eingriffselement aus Gussmetall, was aufgrund der komplexen Formgebung des hakenförmigen
Einsteckabschnitts vorteilhaft ist, zumal das
Eingriffseleraent aufgrund der konstruktiven Gestaltung auch hohe Seitenkräfte, wie sie insbesondere bei Schwerlast auftreten, problemlos aufnehmen kann. Das Gewindeelement wird hingegen vorzugsweise aus Stahl gefertigt, was den Vorteil besitzt, dass das Gewindeelement mit einem im üblichen
Bereich dimensionierten Gewindebolzen sehr hohe Belastungen aufnehmen kann, so dass der erfindungsgemäße Hakenbolzen gegenüber einem im Stand der Technik bekannten Hakenbolzen aus Gussmetall deutlich erhöhte Seitenkräfte aufnehmen kann.
Das erfindungsgemäße Schienenbefestigungssystem umfasst mindestens eine Hohlschwelle mit Durchtrittsöffnungen sowie erfindungsgemäße Hakenbolzen, die mit ihrem hakenförmigen Einsteckabschnitt in die Durchtrittsöffnungen der mindestens einen Hohlschwelle eingreifen. Das Schienenbefestigungssystem weist ferner Winkelführungsplatten auf, durch welche jeweils der Gewindebolzen der Hakenbolzen hindurchtritt sowie
Spannklemmen, die jeweils durch Befestigungselemente auf den Gewindebolzen fixiert sind.
Bevorzugte Ausführungsformen folgen aus den übrigen
Ansprüchen .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Gewindeelement aus Stahl. Wie bereits erläutert wurde, lässt sich auf diese Weise bei üblicher Dimensionierung des Gewindebolzens eine hohe Belastung aufnehmen. Alternativ sind aber auch andere Materialien denkbar, die kostengünstig verfügbar sind und gegenüber Gussmetall erhöhte
Festigkeitswerte aufweisen. Vorzugsweise besteht das hakenförmige Eingriffseiement aus Grauguss oder Kugelgrafitguss .
Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum des Eingriffselements so gestaltet, dass der Auf ahmeschuh des Gewindeelements durch eine seitliche Bewegung in der Ebene senkrecht zur Längsachse des Gewindebolzens in den Aufnahmeraum einschiebbar ist. Bei einer horizontalen Anordnung der zugehörigen Stahlschwelle vjürde dies bedeuten, dass der Aufnähmeschuh des
Gewindeelements durch eine horizontale Verschiebebewegung in den Auf ahmeraum des Eingriffselements einschiebbar ist. Eine einfache, horizontal Translationsbewegung ist zum einen einfach durchzuführen, bietet aber auch den Vorteil, dass, wenn im montierten Zustand der Schienenbefestigung der
Aufnahmeschuh relativ zum Aufnahmeraum in vertikaler Richtung nach oben gezogen wird, sich auf diese Weise zusätzlich zu dem Formschluss auch eine reibschlüssige Verbindung zwischen der in Einbauposition oben gelegenen Seite des Aufnahmeschuhs und dementsprechend geformten oberen, inneren Wandabschnitten des Aufnahmeraums bildet. Eine derartige reibschlüssige Verbindung hat den zusätzlichen Vorteil, dass automatisch einer Relativbewegung zwischen Aufnahmeschuh und Aufnahmeraum in horizontaler Richtung entgegengewirkt wird und somit ein selbsttätiges Lösen der Verbindung zwischen Eingriffseiement und Gewindeelement verhindert wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der hakenförmige Einsteckabschnitt des Eingriffselements eine Arretiernase auf, die eine im Wesentlichen in einer weiteren Ebene senkrecht zur Längsachse des Gewindebolzens orientierte Anschlagfläche besitzt. Eine derartige Arretiernase kann nach dem ordnungsgemäßen Einsetzen des hakenförmigen
Einsteckabschnitts durch eine geeignet dimensionierte
Durchtrittsöffnung in der Schwelle an der vorn inneren
Hohlraum der Hohlschwelle her gesehen oberen Wand angrenzend an die Durchtrittsöffnung anstoßen und stellt daher eine zusätzliche Sicherheit gegen das unbeabsichtigte Austreten des Einsteckabschnitts aus der Durchtrittsöffnung der
Hohlschwelle dar. Die gewählte Form einer Arretiernase unterstützt dabei das Einsetzen des Einsteckabschnitts durch die Durchtrittsöff ung in den inneren Hohlraum der
Hohl schwelle, während der umgekehrte Weg wunschgemäß durch die Anschlagfläche unterbunden wird.
Vorzugsweise ist die Arretiernase am Außenradius des im
Wesentlichen bogenförmigen Einsteckabschnitts gebildet. Auf diese Weise liegt im Wesentlichen diametral entgegengesetzt auf beiden Seiten der Durchtrittsöffnungen der Hohlschwelle eine Kontaktfläche zwischen dem Einsteckabschnitt und der Wandung der Hohlschwelle vor, was neben einer verbesserten Einleitung der Kräfte in das Material der Hohlschwelle vor allen Dingen die wirksamste Position darstellt, um ein unerwünschtes Herausrutschen des Einsteckabschnitts aus der Hohlschwelle zu verhindern.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Hakenbolzen zusätzlich eine Kunststoffabdeckung auf, die sich über den Auflageabschnitt sowie den in den Aufnahmeraum angeordneten Auf ahmeschuh erstreckt und eine
Durchtrittsöffnung für den Gewindebolzen aufweist. Eine derartige Kunststoffabdeckung besitzt mehrere Vorteile. Zum einen dient sie der elektrischen Isolierung, die gerade in Bezug auf die Verwendung von Hohlschwellen aus Metall große Wichtigkeit besitzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Eindringen von Wasser in die Hohlschwelle verhindert oder zumindest erschwert wird. Der wesentliche Vorteil der
Kunststoffabdeckung besteht aber darin, ein Herausrutschen des Gewindeelements und insbesondere des Aufnahmeschuhs aus dem Auf ähmeräum im unbelasteten Zustand des Hakenbolzens zu verhindern. Zu diesem Zweck weist die Kunststoffabdeckung eine Durchtrittsöffnung für den Gewindebolzen auf, die aber keine nennenswerte Verschiebebewegung zwischen dem
Gewindeelement und dem Eingriffselement ermöglicht und daher verhindert, dass sich das Gewindeelement vom Eingriffselement lösen kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden
Figuren im Detail beschrieben, worin
Fig. 1 allgemein eine Schienenbefestigung unter Verwendung von Hakenbolzen zeigt;
Fig. 2 das Gewindeelement eines erfindungsgemäßen
Hakenbolzens darstellt;
Fig. 3 das Eingriffselement eines erfindungsgemäßen
Hakenbolzens darstellt;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Hakenbolzens zeigt;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Hakenbolzens zeigt;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen, erfindungsgemäßen
Hakenbolzen darstellt;
Fig. 7 den in Fig. 4 dargestellten Hakenbolzen zusätzlich mit einer Kunststoffabdeckung darstellt;
Fig. 8
und 9 eine Draufsicht und eine Unteransicht auf die in
Fig. 7 dargestellte Anordnung aus Hakenbolzen mit Kunststoffabdeckung darstellen . Wege zur Ausführung der Erfindung
In den nachfolgenden Figuren werden jeweils dieselben
Elemente mit denselben Referenzziffern bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Schienenbefestigungssystem unter Verwendung von Hakenbolzen, wobei die in der Zeichenebene der Fig. 1 links dargestellte Schienenbefestigung in der Montagestellung ist und die in der Zeichenebene der Fig. 1 rechts
dargestellte Schienenbefestigung in dem Vormontagezustand dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt lediglich den hier relevanten, oberen
Wandabschnitt einer Hohlschwelle 12, die
Durchtrittsöffnungen 13 aufweist, die der Aufnahme eines Eingriffselements 20 eines Hakenbolzens 40 dienen. Die
Eisenbahnschiene 22 ist über eine aus Kunststoff bestehende, elastische Schienenzwischenlage 9 auf die Schwelle 12
aufgelegt und wird durch Führungsplatten 10 und 11 seitlich fixiert. Die Führungsplatten bestehen aus Kunststoff zum Zwecke einer ausreichenden elektrischen Isolierung. In den Führungsplatten befinden sich Öffnungen zum Durchtritt des Gewindebolzens des Hakenbolzens 40, auf den eine
Befestigungsmutter 8 aufgeschraubt wird, um eine
Spannklemme 4 zu befestigen, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung einer Isolierkragenbuchse 6 aus Kunststoff, die auf den Gewindebolzen aufgesteckt wird und gegebenenfalls zur Befestigungsmutter 8 hin sowie zur Spannklemme 4 hin durch zusätzliche Stahlunterlegscheiben 5 und 7 ergänzt werden kann. Die Formgebung der Führungsplatten und
Spannklemmen in Fig. 1 sind nur beispielhaft zu verstehen und können in gleicher Weise eine andere, aufeinander abgestimmte Geometrie besitzen. Wesentlich ist das Prinzip des
Hakenbolzens mit einem in den Hohlraum der Hohlschwelle und durch die Durchtrittsöffnung 13 hindurch tretenden
Eingriffsabschnitt 20, der bogenförmig ist und gegen die Unterseite der oberseitigen Wand der Hohlschwelle anliegt und auf diese Weise das Verspannen der Spannklemme 4 gegen den Schienenfuß erlaubt. Die auf der linken Seite der Fig. 1 gezeigte Schienenbefestigung ist dabei im montierten Zustand, während die auf der rechten Seite in Fig. 1 dargestellten Schienenbefestigung im Vormontagezustand ist, in dem die Befestigungsmutter 8 noch nicht angezogen wurde und in dem die Spannklemme 4 noch nicht auf dem Fuß der Eisenbahnschiene 22 aufliegt.
Fig. 2 und 3 zeigen die beiden separaten Bestandteile des erfindungsgemäßen Hakenbolzens. In Fig. 2 ist das
Gewindeelement 24 dargestellt, während in Fig. 3 das
Eingriffselement 18 gezeigt ist. Das Gewindeelement 24 weist einen Gewindebolzen 30 mit gängigen Abmessungen und gängigem metrischen Gewinde auf, wie z.B. ein M20 Außengewinde. Das Gewinde geht über einen Übergangsbereich in einen
Vierkantabschnitt 28 über, an den sich ein Aufnahmeschuh 26 anschließt, der dimensioniert und gestaltet ist, um in den später beschriebenen Aufnahmeraum des Eingriffselements eingeschoben zu werden. Das Gewindeelement ist bevorzugt aus Stahl und kann in Bezug auf seine Rohform geschmiedet sein, woraufhin in abschließenden Fertigungsschritten die genaue Form des Aufnahmeschuhs 26 nachgearbeitet und das
Außengewinde am Gewindebolzen 30 geschnitten werden kann.
Das zweite Element des erfindungsgemäßen Hakenbolzens ist: das Eingriffselement 18, das aus Gussmetall, bevorzugt Grauguss oder Kugelgrafitguss besteht. Gussmaterial hat sich hierbei aufgrund seiner hohen Zähigkeit als sehr günstig erwiesen. Das Eingriffselement 18 besteht aus einem
Einsteckabschnitt 20 und einem Auflageabschnitt 21 mit einem Aufnahmeraum 22, der dimensioniert und gestaltet ist, damit der Aufnahmeschuh 26 des Gewindeelements 24 formschlüssig in diesen aufgenommen werden kann.
Der Einsteckabschnitt 20 ist im Wesentlichen bogenförmig gestaltet und weist eine erste Anlagefläche 19 auf, die, wie in Fig. 1 ersichtlich ist, in montiertem Zustand des
Schienenbefestigungssystems gegen die Innenseite der die Durchtrittsöffnung 13 umgebenden Wandung der Hohlschwelle 12 anliegt. Darüber hinaus ist der Einsteckabschnitt 20 mit einer Ärretiernase 23 versehen, die ebenfalls mit einer
Anschlagfläche 23a versehen ist, die im eingebauten Zustand, wie auch die zuvor beschriebene Fläche 19, gegen die
Unterseite der oberen Wand der Hohlschwelle 12 anliegt. Im eingesetzten Zustand dient der Auflageabschnitt 21 dazu, um auf der Oberseite der Hohlschwelle aufzuliegen.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen den erfindungsgemäßen Hakenbolzen 40 in zusammengebautem Zustand, d.h. nach dem Einschieben des Gewindeelements 24 in das Eingriffselement 18. Dabei ist insbesondere aus der Darstellung in Fig. 5 ersichtlich, wie der Aufnahmeschuh 26 des Gewindeelements 24 formschlüssig in den Aufnahmeraum 22 aufgenommen ist und wie die im
vorliegenden Beispiel kreissegmentförmige Querschnittsform des Aufnahmeschuhs 26 mit geringem Spiel in den im
Querschnitt komplementär hierzu geformten Aufnahmeraum 22 eingreift und in diesem formschlüssig gehalten wird. Der Aufnahmeschuh 26 wird durch eine horizontale
Verschiebebewegung in Pfeilrichtung A (siehe Fig. 4) in den Aufnahmeraum 22 des Eingriffselements 21 eingeschoben.
Entsprechend kann das Gewindeelement 24 auch nur durch eine Verschiebebewegung entgegengesetzt der Pfeilrichtung A wieder aus dem Eingriffselement 18 entnommen werden.
Fig. 6 zeigt in Draufsicht den Hakenbolzen 40 und macht dabei insbesondere die Form des Auflageabschnitts 21 sowie auch die Öffnungsform des Aufnahmeraums 22 deutlich.
Die Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 4 und 6 lediglich dadurch, dass
zusätzlich ein Abdeckelement 50 vorgesehen ist, das sich über den Auflageabschnitt 21 sowie Aufnahmeraum 22 erstreckt und, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, eine Öffnung 52 aufweist, die dem Durchtritt des Gewindebolzens 30 dient. Durch das
Vorsehen der Öffnung 52 im Abdeckelement 50 wird im
montierten Zustand verhindert, dass sich das Gewindeelement 24 entgegen der Pfeilrichtung A (siehe Fig. 4) aus dem
Aufnahmeraum 22 des Eingriffselements 18 herausbewegen kann.
Die Kunststoffabdeckung weist eine sich nach unten
erstreckende Nase 54 auf, die, wie anhand einer
unterschiedlich geformten Abdeckung in Fig. 1 ersichtlich ist, in die Durchtrittsöffnung 13 der Hohlschwelle 12
eingreift und den nach dem ordnungsgemäßen Einsetzen des Hakenbolzens freibleibenden Bereich der Durchtrittsöffnungen zumindest teilweise schließt. Die Nase 54 besitzt somit die zusätzliche Funktion, ein Verschieben des Hakenbolzens innerhalb der Durchtrittsöffnung der Hohlschwelle zu
verhindern, was die sichere Positionierung des Hakenbolzens unterstützt. Wie aus der Darstellung in Fig. 9 ersichtlich ist, besitzt die Nase 54 eine Querschnittsform, um in
bestmöglicherweise den freien Öffnungsquerschnitt der
Hohlschwelle zu füllen und den Bewegungsspielraum des
Hakenbolzens zu minimieren. Dies dient auch dazu, um einem frühzeitigen Verschleiß entgegenzuwirken. Im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 besitzt die Nase eine
mondförmige Querschnittsform.
Die Kunststoffabdeckung 50 hat neben der Funktion einer elektrischen Isolierung und der oben angesprochenen Funktion, das Heraustreten des Aufnahmeschuhs aus dem Aufnahmeraum zu verhindern, noch die zusätzliche Aufgabe, das Eindringen von Nässe in den Hohlraum der Hohlschwelle zu verhindern oder zumindest zu verringern.
Durch die zweiteilige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hakenbolzens lassen sich bei einfacher Bauform die
Einzelteile kostengünstig fertigen und die übertragbaren Belastungen gegenüber einem vollständig aus Guss
hergestellten Hakenbolzen deutlich erhöhen. Aus diesem Grund ist der erfindungsgemäße Hakenbolzen auch bei hohen
Seitenkräften, wie sie insbesondere bei Schwerlast auftreten, einsetzbar .