Federklemme für eine Vorrichtung zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Schwelle

Die vorliegende Erfindung betrifft Elemente des Gleisoberbaus, nämlich eine Federklemme für Vorrichtungen zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Stahlbetonschwelle oder auf anderen Schienenträgern.

Aus der RU 2 235 159 ist eine aus einem Stahlstab hergestellte Federklemme für eine Vorrichtung zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Schwelle bekannt, die bügeiförmig ausgeführt ist und zu ihrer Mitte gebogene Enden sowie zwischen ihren gebogenen Enden und dem Zentralteil liegende übergangsbereiche aufweist, wobei die Ebene, in der die Achsen der gebogenen Enden der Federklemme liegen, sowie die Ebene des Bügels spitzwinkelig zueinander angeordnet sind. Die gebogenen Enden der Federklemme sind in Kanälen der Vorrichtung zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Schwelle angeordnet und fixiert, wobei ein Zentralabschnitt des Bügels zur Einwirkung auf den Schienenfuß vorgesehen ist.

Beim Einsatz der Federklemme zwischen ihren gebogenen Enden und dem Zentralteil wirken auf diese Biege- und Drillmomente, insbesondere auf ihre übergangsbereiche, was in diesen Bereichen zu Ermüdungsbeschädigungen führt, wie z.B. zu Mikrorissen auf ihrer Fläche, die ihrerseits zur Bildung von Lawinenrissen und somit zum frühzeitigen Ausfall der Federklemme und der gesamten Konstruktion der Vorrichtung zur Befestigung der Eisenbahnschiene auf der Schwelle führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federklemme für eine Vorrichtung zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Schwelle zu schaffen, die der Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen entgegenwirkt. Die Ausbreitungsverhinderung von Ermüdungsrissen in kritischen Bereichen trägt zur Verlängerung der Lebensdauer der gesamten Konstruktion bei.

Diese Aufgabe wird mit der vorgeschlagenen Federklemme gelöst, die ebenso wie die bereits beschriebene Federklemme für eine Vorrichtung zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Schwelle aus einem Stahlstab gefertigt wird, bügeiförmig ausgeführt ist und zu ihrer Mitte gebogene Enden sowie zwischen den gebogenen Enden und dem Zentralabschnitt angeordnete übergangsbereiche aufweist. Die Ebene, in der die Achsen der gebogenen Enden der Federklemme liegen, sowie die Ebene des Bügels sind spitzwinkelig zueinander angeordnet, wobei die gebogenen Enden der Federklemme in Kanälen der Vorrichtung zur Befestigung der Eisenbahnschiene auf der Schwelle angeordnet und fixiert werden, und der Zentralabschnitt des Bügels (Klemmabschnitt) zum Einwirken auf den Schienenfuß bestimmt ist. Erfindungsgemäß ist auf der Oberfläche jedes übergangsbereiches ein plastischer Bereich vorgesehen, der ringförmig ausgeführt ist, und dieser Ring den Stabquerschnitt umschließt, die Härte T ₀ des Metalls auf der Oberfläche des genannten Bereichs ausgedrückt wird durch die Gleichung: T ₀ = (0,6 ... 0,9) T _H , wobei T _H die Härte des Metalls außerhalb des plastischen Bereiches ist.

Eine weitere Besonderheit der vorgeschlagenen Vorrichtung liegt darin, dass der plastische Bereich als Bereich des lokalen Oberflächenanlassens ausgeführt ist.

Eine weitere Besonderheit der vorgeschlagenen Vorrichtung liegt darin, dass der plastische Bereich ringförmig ist, und dieser Ring den Stabquerschnitt umschließt, der bezüglich seiner Achse senkrecht angeordnet ist.

Beim Anlassen gehärteten Stahls vermindert sich bekanntlich seine Härte, das Metall wird plastischer. Plastische Bereiche werden durch das lokale Anlassen des Metalls auf übergangsbereichen der Federklemme hergestellt. übergangsbereiche sind diejenigen Bereiche, in denen sich die Achsenrichtung des Stabes von der geradlinigen Richtung zum Kreisbogen und von der waagerechten Richtung zur geneigten hin ändert. Dies ist dadurch bedingt, dass die die Bildung von Lawinenrissen verursachenden Ermüdungsbrüche gerade in diesen Bereichen entstehen. Wird aber auf dem voraussichtlichen Bildungsweg eines Lawinenrisses die Metallstruktur geändert, so ändert dieser Riss seine Bildungsrichtung und seine Bildungsenergie vermindert sich wesentlich bis dieser Bildungsprozess beendet ist. Da Lawinenrisse in der Regel aus einem oberflächlichen Mikroriss entstehen, ermöglicht der auf der Staboberfläche

liegende plastische Bereich mit einer Tiefe von (0,02...0,07)D (wobei D der Stabdurchmesser ist) eine Senkung der Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Lawinenrissen und eine Verlangsamung der Zerstörung der Federklemme. Bevorzugt ist die Tiefe des plastischen Bereichs zwischen 0,02D und 0,05D.

Aus Versuchsergebnissen ergibt sich die optimale Form des plastischen Bereichs: Es ist die Form eines Ringes, der den Stahlstab in seinem Querschnitt, der bezüglich seiner Achse senkrecht ist, umfasst. Dabei wird die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, den plastischen Bereich als einen elliptischen Ring oder einen Fleck im Bereich eines gefährdeten Querschnittes auf der Oberfläche der Federklemme einzusetzen.

Bei der Herstellung der Federklemme verwendet man Federstahle, die der Norm GOST 14959-79 „FEDERSTAHL" entsprechen. Die Erfinder stellten durch Versuche die optimale Härte des Metalls auf der Oberfläche des plastischen Bereiches fest. So verschlechtert sich beim Drehen die Festigkeit der Konstruktion bei T ₀ < 0,6 T _H : Längerer Einsatz führt zur plastischen Verformung. Bei T ₀ > 0,9 T _H sinkt der Wirkungsgrad der vorgeschlagenen Lösung deutlich: es wurde die Bildung oberflächlicher Ermüdungsbrüche festgestellt. Als optimal erwies sich daher die Härte des Metalls auf der Oberfläche des plastischen Bereiches T ₀ , die der Gleichung T ₀ = (0,6 ... 0,9) T _H entspricht.

Die plastischen Bereiche auf der Federklemme wurden gefertigt, indem Teile der Federklemme mit Hochfrequenzstrom lokal und oberflächlich aufgeheizt wurden, wobei herkömmliche Ausrüstung verwendet wurde (s. Kamenitschij I. S. "Das Handbuch zur Wärmebehandlung in der Werkzeugmacherei." - Kiew: Technika. - 1982. - S. 44 - 57).

Die vorgeschlagene Federklemme wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - schematische allgemeine Seitenansicht der Vorrichtung zur Befestigung der Eisenbahnschiene auf der Schwelle;

Fig. 2 - schematische allgemeine Draufsicht der Federklemme; Fig. 3 - Frontansicht der in Fig. 2 gezeigten Federklemme.

Eine Eisenbahnschiene 1 stützt sich mit ihrem Fuß 2 über eine elastische Dichtung 3 auf eine Stahlbetonschwelle 4. Ein Ankerbauteil 5 mit einem Kopfteil 9 einer Vorrichtung zur Befestigung einer Eisenbahnschiene auf einer Schwelle umfast ein flaches Element 6 und einen Stab 7 mit einem Vorsprung 8, der hinter dem Stab 7 angeordnet ist. Im Oberteil des Ankerbauteils 5, d.h. im Kopfteil 9, ist an jeder lateralen Seite je ein Kanal 10 vorgesehen. Jeder Kanal 10 und die Eisenbahnschiene 1 bilden einen rechten Winkel; jeder Kanal 10 und die Oberfläche der Schwelle 4 bilden einen Winkel von 5-8°. Dabei ist jeder Kanal 10 mit einem Haken 11 versehen, der am Rande des Kanals 10, von der Seite des Schienenfußes 2 her gesehen, angeordnet ist. Eine Oberfläche 12 des Kopfteils 9 wird durch zwei angrenzende Ebenen gebildet, die mit der waagerechten Ebene einen spitzen Winkel bilden. Eine Federklemme 15 wird aus einem Stahlstab hergestellt und ist als ein Bügel mit zu seiner Mitte gebogenen Enden - Stützbereiche 16 mit Haken 17 an ihren Enden - ausgeführt. Die Federklemme 15 umfasst ferner einen Klemmabschnitt 18 und übergangsbereiche 19 und 20. Der Klemmabschnitt 18 wirkt durch einen Isolator 21 auf den Fuß 2 der Eisenbahnschiene 1, wobei der Klemmabschnitt 18 den Fuß 2 an die Dichtung anpresst. Die Ebene, in der die Achsen der Stützbereiche 16 der Federklemme 15 liegen, und die Ebene der übergangsbereiche 20 bilden zueinander einen spitzen Winkel von ungefähr 4°. Die Oberfläche jedes übergangsbereiches weist einen plastischen Bereich 22 auf, der ringförmig ausgeführt ist, wobei dieser Ring den Stahlstab in seinem Querschnitt umschließt. Die Härte T ₀ des Metalls auf der Oberfläche jedes plastischen Bereichs 22 beträgt ungefähr 0,6T _H der Härte des Metalls außerhalb des plastischen Bereiches, d.h. T ₀ = 0,6T _H . Darüber hinaus ist jeder plastische Bereich 22 als ein ringförmiger Bereich des lokalen oberflächlichen Anlassens ausgeführt, und dieser Ring umschließt den Stab in seinem Querschnitt, der bezüglich seiner Achse senkrecht angeordnet ist. Die Breite H des Ringes des plastischen Bereiches 22 beträgt (0,7...3,O)D und die Tiefe (0,02...0,07)D, vorzugsweise beträgt die Breite H des Ringes des plastischen Bereiches 22 (0,9...1,O)D und die Tiefe (0,03...0,05)D, wobei D der Stahlstabdurchmesser ist.

Die Vorrichtung wird wie folgt zusammengebaut. Auf der Stahlbetonschwelle 4 wird über der Dichtung 3 zwischen den Ankerbauteilen 5 die Eisenbahnschiene 1 eingebaut; auf den Fuß 2 wird der Isolator 21 der Klemme 15 gestellt und mit dem Vorsprung bezüglich des Ankerbauteils 5 fixiert. Die Federklemme 15 wird in der Montageposition so montiert, dass der Klemmabschnitt 18 der Klemme 15 auf der aufsteigenden Kopfoberflächenebene des Ankerbauteiles 5 unterbracht werden kann, wobei die Enden 16 der Federklemme 15 in die Kanäle

10 hineingeführt werden; danach wird die Klemme 15 mit Hilfe eines herkömmlichen Mittels in Richtung der Schiene 1 bewegt. Dabei wird der Klemmabschnitt der Klemme 15 entlang der geneigten Fläche 12 des flachen Elements auf dem Isolator 21 und die Enden 16 der Klemme 15 in den Kanälen 10 entlang der geneigten Fläche des flachen Elements 6 in Richtung der Schiene 1 geschoben, bis die Haken 17 der Enden der Klemme 15 mit den Haken 11 des Kopfteils 9 des Ankerbauteiles 5 fixiert werden. Unter der Einwirkung der Montagekraft krümmen sich die Bereiche 20 der Klemme 15, die entlang der die Oberfläche des Ankerbauteiles 5 bildenden Ebenen gleiten, und werden teilweise gedreht, wobei die Anpresskraft des Fußes 2 der Eisenbahnschiene 1 zu der Schwelle 4 entsteht. Im Einsatz werden die Bereiche 20 der Federklemme 15 gekrümmt und teilweise gedreht. Dabei häufen sich Ermüdungsbrüche im Bereich 20 an und es entstehen Mikrorisse. Aufgrund der plastischen Bereiche 22 haben jedoch die schnellen Risse keine Möglichkeit zur weiteren Entwicklung aus den Mikro- rissen, da beim übergang des Risses in den plastischen Bereich 22 dieser seine Entwicklung verlangsamt und zum Stillstand kommt, wodurch die Zerstörung der Federklemme 15 verhindert wird.