枕木基底的制作方法

本发明涉及一种用于固定在铁路枕木的面对碎石道床(schotterbett)的外面处、尤其是下侧处的枕木基底(schwellensohle)，其中，枕木基底具有弹性体层。

背景技术：

1、在铁路交通中安置于碎石道床的碎石上的铁路枕木和铁路轨道由于不同季节和变化的天气条件而经受热波动。这特别是在铁路轨道中导致高的应力，这种应力可能突然地释放，并且可能以铁轨屈曲变形(gleisverwerfung)的形式导致相应的铁路枕木重新定位。通过铁路枕木在碎石中反作用于这种屈曲变形的摩擦和咬合，确定是否出现这种铁轨屈曲变形以及何时出现这种铁轨屈曲变形，其中，该阻力被称为横向位移阻力。横向位移阻力主要通过在铁路枕木的相应的外侧(尤其是下侧)与碎石之间的相互作用确定。

2、特别是在铁轨新状态中，横向位移阻力具有低的值，这可能导致提高的安全风险。由于在铁路枕木的下侧与碎石的最上层之间的接触面小，相应的铁路枕木在碎石中的稳定性受到限制。

3、已经是现有技术的是，通过在铁路枕木的面对碎石道床的外面(尤其是下侧)上施加所谓的枕木基底来提高横向位移阻力。

4、在现有技术中枕木基底在大量不同的设计形式中已知。作为针对这种类型的枕木基底的示例，例如可以参考ep 2697430 b1。枕木基底大多具有固定层，该固定层用于将枕木基底固定在铁路枕木的外面处。为此，在现有技术中视铁路枕木的材料而定已经存在不同的解决方案。此外，枕木基底也具备弹性体层，该弹性体层使枕木基底相应地获得弹性特性。

技术实现思路

1、本发明的目的是如下地改进以上提到类型的枕木基底，使得该枕木基底可以为支承在碎石道床上的铁路枕木提供特别高的横向位移阻力。

2、为了实现该目的，本发明提出，弹性体层具有在250kg/m3至350kg/m3的范围内的、优选地在250kg/m3至330kg/m3的范围内的密度。

3、已出人意料地表明，枕木基底的具有在250kg/m3至350kg/m3的范围内的并且尤其是在250kg/m3至330kg/m3的范围内的密度的弹性体层实现铁路枕木在碎石道床上特别高的横向位移阻力。

4、原则上，弹性体层可以由不同的弹性体组成，例如橡胶或其它类型的树胶、橡胶颗粒、混合原料例如不同基础原料的颗粒材料等等。但在本发明的特别优选的实施例中设置成，弹性体层具有聚氨酯或由聚氨酯组成。

5、根据本发明的枕木基底可以应用在由不同材料制成的铁路枕木中。例如，铁路枕木可以由混凝土、金属(尤其是钢)、木材或相应硬的塑料组成。有利地，枕木基底具有用于固定在铁路枕木处的固定层。用来将枕木基底固定在铁路枕木的外面处(尤其是下侧处)的固定层的类型可以与组成铁路枕木的材料相匹配。例如，在铁路枕木由混凝土制成时，固定层比如在ep 2697430 b1中可以具有间隔织物，或在其它设计形式中可以具有缠结纤维层、无纺布、纤维绒毛，或者也可以完全不同地设计。枕木基底也可以粘接在铁路枕木处。那么固定层由此是粘接层。在此，所有在现有技术中本身已知的类型的固定层都可以用于构造根据本发明的枕木基底。

6、为了设计具有足够强度的弹性体层，有利地设置成，弹性体层具有2.2n/mm2(牛顿每平方毫米)至4.0n/mm2、优选地2.2n/mm2至2.8n/mm2的断裂强度。此外适宜的是，弹性体层具有50％至200％、优选地50％至75％的断裂伸长率。断裂强度以及还有断裂伸长率可以根据din en iso 527-1:2019-12或根据din en iso 527-3:2019-02确定。优选地，在此使用具有5mm的厚度的根据该标准的类型5的测试体。断裂强度和断裂伸长率可以在一个测试过程中但也可以在分开的测试过程中确定。

7、在根据din en iso 1856:2020-11确定压力变形残余(druckverformungsrest)时，根据本发明的枕木基底的弹性体层有利地获得15％至24％、优选地17％至24％的值。在根据该标准确定弹性体层的压力变形残余时，有利地使用该标准的方法c(在特别地确定的条件下的压力变形)，在其中，在23+-2℃的温度下且在50+-5％的相对空气湿度下储存72小时，并且执行测试体的25％变形。在以这种方式确定压力变形残余时的试样几何形状有利地为25mm×25mm×12.5mm。

8、在特别好的横向位移阻力的意义上，枕木基底的弹性体层的肖氏a硬度有利地在50至80、优选地70至80的范围内，其中，可以根据din iso 7619-1:2012-02确定该肖氏a硬度。

9、为了能够获得特别好的横向位移阻力，枕木基底的弹性体层应具有一定的弹性特性，该弹性特性使得碎石能够侵入到枕木基底中或者说到弹性体层中并且形状配合地被固持在此处。但是另一方面，弹性体层也应为枕木基底赋予一定的弹性，以便在轨道车辆驶过时，枕木基底能尽可能好地减弱所产生的颤动。但是另一方面，针对颤动保护所需的高弹性特性在铁轨稳定性的优化方面不是理想的，因为具有高弹性的枕木基底通常不允许碎石咬合在枕木基底中或者仅仅非常少地咬合在枕木基底中。碎石的稳定化以及由此铁轨稳定性的提高仅仅可有条件地实现。

10、因而在这个意义上要实现在枕木基底的塑性特性和弹性特性之间尽可能好的折中。如此，枕木基底一方面应由于其塑性特性尽可能好地将碎石固持在枕木基底之下且由此固持在铁路枕木之下，并且应保证尽可能高的横向位移阻力。但是另一方面，要将枕木基底构造得如此弹性，使得该枕木基底具有足够好的减振特性。概括地说，也可以说是好的弹塑性特性。

11、已出人意料地表明，如果在执行接下来描述的残余变形试验时枕木基底具有在50％至80％、优选地在55％至70％的范围内的相对残余变形rv，这种弹塑性特性特别好。已经基于en 16730:2016(e)，章节5.3.6和在那里所提到的“fatique test ofusb on aconcrete block with gbp(用gbp在混凝土块上对usb的疲劳试验)(附录i)”研发了这种残余变形试验。该残余变形试验应在外部地固定在由混凝土制成的测试体载体处的枕木基底处被执行，并且由以下子步骤组成：

12、a)将由混凝土制成的测试体载体与固定在该处的枕木基底放入到试验设备中，其中，试验设备具有固定在压力机的压模处的几何测试板，其中，几何测试板具有带有突起部和凹陷部的压力表面，并且几何测试板以其压力表面靠放到枕木基底的背离测试体载体的表面处，

13、b)在几何测试板的最大突起部的区域中的测量地点处测量枕木基底的初始厚度d0，

14、c)在五十万次直接彼此相继的压力循环中借助于压模将测试板以其压力表面压入到枕木基底中，其中，在这些压力循环的每个压力循环中，都利用在0.01n/mm2至0.15n/mm2之间的具有正弦形曲线的压力以15hz的循环频率将测试板压入到枕木基底中，

15、d)在第五十万个压力循环时在测量地点处测量枕木基底的第一变化厚度d1，其中，在测量第一变化厚度d1时，枕木基底处于在第五十万个压力循环期间产生的最大压缩的状态中，

16、e)在测量第一变化厚度d1之后，紧接着直接开始使测试板以1mm/s的恒定的抬起速度从枕木基底处完全抬起，

17、f)在经过60s的时间段之后，直接在测量地点处测量枕木基底的第二变化厚度d2，其中，该时间段在第一变化厚度d1的测量结束时直接开始，

18、g)根据公式rv＝(d0-d2)/(d0-d1)计算相对残余变形rv。

19、例如，可以将带有尺寸250mm×250mm×100mm的混凝土测试体用作测试体载体。例如，可以将根据en 16730:2016(e)的附录1的gbp用作几何测试板，该几何测试板也可以被称为几何碎石板。在试验步骤c)中所提到的15hz(赫兹)的循环频率意味着十五分之一秒的循环时长，即一个压力循环的时间长度。

20、如果在执行残余变形试验时枕木基底具有在所提到范围内的残余变形rv，则借助于该枕木基底的相应的弹塑性特性以及尤其是其弹性体层来实现对于在碎石道床上的铁路枕木而言非常高的横向位移阻力。弹性体层的塑性特性允许在高的准静态刚度几乎保持不变的情况下，碎石深深穿透到枕木基底中。附加地，这种具有相应的塑性特性的枕木基底显示出碎石最上层的超过平均水平的强咬合，因为弹性体层的材料形状配合地紧贴在碎石粒的表面处。在枕木基底和碎石之间产生形状配合，该形状配合在碎石道床处进行保养工作的过程中保持存在直到下一次填塞循环，并且在相应的填塞过程之后紧接着重新构造成。在此，填塞描述常见的保养行为，在其中，将碎石再次运送到或者换句话说填塞到铁路枕木之下。例如，在将具有该枕木基底的铁路枕木从碎石中抬起时，可以在还插在枕木基底的下侧中的碎石粒处观察到这种咬合。结果是与单纯弹性的枕木基底相比位移阻力显著地提高。由此总体上引起铁轨状态稳定性的超过平均水平的高度改善。

21、为了使枕木基底借助于其弹性体层实现期望的特性，例如可以设置成，在制造弹性体层时，尤其是从聚氨酯或树胶弹性体中转化具有至少双功能异氰酸酯的、更高功能性的(优选地至少三功能的)长链的聚合物。此外，为了获得期望的刚度，可以通过转化短链的双功能的反应副(例如二醇或二胺与二异氰酸酯)在弹性体层中附加地产生硬相。硬相可以是分段式聚氨酯弹性体，即由大网眼交联的弹性的软相和坚固的硬相组成的产物。作为优选的反应副，在此使用具有末端的oh组的二醇(glykole)，例如丁二醇-1.4或乙二醇(ethandiol)-1.2或相应的二胺。可以通过使用空间位阻的短链的反应副例如二醇来针对性地干扰软相和硬相的结构。通过使用例如丁二醇-2.3，通过相邻的残余烃屏蔽反应的oh组，并且通过利用二异氰酸酯的转化进一步加强该效果。已出人意料地确认，通过阻碍cc键(反应的oh组键合在该cc键处)的自由旋转性可以极强地影响阻尼特性，例如通过干扰相分离。通过由例如所示出的丁二醇-2.3替代标准化地使用的链延长物(例如丁二醇-1.4)的20％至100％，可以调整阻尼特性以实现期望的弹塑性特性。备选地，通过使用结构与二醇相似的二胺，优选地生成聚脲分组。通过经由催化剂进行相应的反应控制，例如也可以加强地转化为了相应地发泡的弹性体的发泡过程所使用的水以形成芳香胺，从而通过芳香结构补充脂肪族的硬相范围，这除了刚度提高之外令人惊讶地还可以使阻尼特性向更高的值变化，并且由此如下地影响期望的弹塑性的效果，即，提高碎石的期望嵌入并且同时显著改善横向位移阻力。通过该事实，在碎石道床中附加地使铁路枕木以及由此铁轨稳定化。