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Die
Erfindung betrifft einen dynamisch optimierten Eisenbahn-Schotteroberbau
mit Querschwellen aus Spannbeton. Im Schotteroberbau werden die
Lasten über den Gleisrost mit Schienen in Längsrichtung
des Gleises und die darunter liegenden Schwellen in Querrichtung
auf dem Schotterbett verteilt.
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Während
am Beginn des Eisenbahnzeitalters ausschließlich Holzschwellen
verwendet wurden, sind später in Europa überwiegend
Spannbetonschwellen eingesetzt worden. Neben vielen Vorteilen besitzen
Spannbetonschwellen den Nachteil, dass die ebene Unterfläche
der Schwelle nur punktuell auf dem Schotterbett aufliegt und zwei
harte Materialien zusammentreffen, ohne dass eine vorherige Anpassung
der beiden Profile geschieht. Ohne eine solche Anpassung der beiden
Profile ist keine gleichmäßige Übertragung
der vertikalen Lasten auf das Schotterbett möglich. Daraus
folgt, dass die Lagestabilität von Spannbetonschwellen
nicht optimal sein kann.
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Zudem
bewirken die hohen, durch die Punktauflage bedingten Drücke
einen hohen Verschleiß insbesondere der Schottersteine
und der Unterseite von Spannbetonschwellen. Nach einigen Jahren
haben sich die Spitzen von Schottersteinen unterschiedlich tief
in kraterähnliche Ausnehmungen eingegraben. Auch die Verteilung
der unterschiedlich großen Krater ist völlig unregelmäßig.
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Ebenso
bewirken horizontale Kräfte durch die geringe Reibung einer
Punktauflage relativ leicht eine Relativbewegung. Der Längs-
und Querverschiebewiderstand von Spannbetonschwellen ist durch ihre
ebene Unterseite gering. Es finden also permanent Bewegungen von
Schwellen auf dem Schotterbett mit der Folge statt, dass die Schwellen während
einer Zugüberfahrt unterschiedlich tief einsinken, teilweise
etwas verkanten und sich während der Radüberrollung
verdrehen.
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Bekanntlich
wird das Schottergleis während der Überfahrt von
Eisenbahnfahrzeugen im Wesentlichen durch Unrundheiten der Räder,
durch Riffeln, die Schwellenfachfrequenz, die Unebenheiten des Fahrweges
usw. dynamisch beansprucht. Die Anregung durch diese Überfahrten
bewirkt vorwiegend im Berührungsbereich der Räder
mit den Schienen sowie der Schwellen mit dem Schotter Verschleiß.
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Mit
zunehmender Fahrgeschwindigkeit wirken sich die zuvor genannten
Fahrzeug- und Gleisfehler mit immer höheren Frequenzen
auf das Gleis aus. Es ist bekannt, dass der Verschleiß mit
zunehmender Fahrgeschwindigkeit zunimmt. So hat sich für
die Schnellfahrstrecken der Deutschen Bahn das Zeitintervall zur
Erneuerung der Gleise gegenüber den herkömmlichen
Strecken etwa halbiert. Das heißt, dass die Unkosten sich
im gleichen Zeitraum für Schnellfahrgleise mit Schotteroberbau
verdoppelt haben.
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Verschiedene
Vorschläge sind bekannt, die Nachteile der Spannbetonschwellen
zu beseitigen. In der
DE-Schrift
198 81 823 wird vorgeschlagen, die Querschwelle an ihrer
Unterseite mit einer plastisch verformbaren, dämpfenden
Schicht zu versehen. Die Schottersteine dringen in die dünne
(~5 mm) plastisch verformbare Schicht ein und bewirken eine Art Verzahnung.
Die dynamische Wirkung rein plastischer Beschichtungen, auf die
in der genannten Schrift nicht eingegangen wird, kann sich allerdings erschöpfen,
sobald scharfe Schottersteinspitzen die plastische Schicht durchdrungen
haben und gegen die harte Beton- oder Stahlschwelle stoßen.
Das könnte bei hohen Temperaturen im Sommer bei einem Teer/Asphaltgemisch
geschehen.
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In
der
DE 202 15 101 wird
eine elastische Beschichtung der Unterseite der Schwelle mit einem polymeren
Kunststoff vorgeschlagen, um eine vorteilhafte Dämpfungseigenschaft
zu erreichen. Eine Resistenz gegenüber den eindringenden
Schotterspitzen wird dadurch erreicht, dass zusätzlich
zur elastischen Schicht eine Vliesschicht vorgesehen ist, die unmittelbar
mit dem Beton verbunden ist. Ein Verbundmaterial für den
gleichen Zweck enthält die Schrift
EP 0 549 559 .
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In
den Schriften
WO 2008/122066 und
DE 200 14 999 werden formschlüssige
Verbindungen zwischen der Betonschwelle und der elastischen Unterlage
beschrieben. Ein elastischen Schuh wird u. a. in der
US 5,725,149 und
US 4,489,884 vorgeschlagen. Bedingt
durch den Formschluss wird eine horizontale Bewegung der elastischen
Zwischenlage relativ zur Schwelle vermieden. Gegenüber
dem Schotterbett sollen die in die elastische Unterlage bzw. in den
Schuh eindringenden Spitzen der Schottersteine eine seitliche Bewegung
verhindern. Das Einbringen einer elastischen Zwischenlage beim Einbau
des Gleises auf einem festen Unterbau aus Zement durch Vergießen
in der richtigen Höhenlage wird in der
EP 0826 827 dargestellt.
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Bei
diesen genannten Schriften wird davon ausgegangen, dass durch Einbringen
einer Elastizität in den Oberbau grundsätzlich
das Schwingungsverhalten verbessert wird. Durch das Zusammenwirken
komplexer Anregungsfrequenzen und Eigenfrequenzen ist jedoch eine
differenziertere Betrachtung insbesondere für Schnellfahrstrecken
erforderlich.
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Die
DE-Schrift
DE 195 22 925 beschreibt
einen Schwingungsdämpfer, der die Ausbreitung durch den
Boden sich ausbreitenden Körperschallwellen unterdrückt.
Dabei wird bei der Dimensionierung des Mehrschicht-Schwingungsdämpfers
zwischen dem Schotterbett und dem Untergrund davon ausgegangen,
dass die erzwungenen Schwingungen der Gleise im Frequenzbereich
von ca. 25 bis 65 Hz liegen.
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Die
Gefahr elastischer Dämpfungselemente unter der Schwelle
besteht darin, dass die Schottergleis-Eigenfrequenzen erheblich
reduziert werden. Damit geraten sie in den niederfrequenten Bereich der
Anregungen, so dass zusätzlich z. B. die bisher weniger
auffällige 2. Radharmonische der Unrundheiten im Oberbau
verstärkt Resonanz findet. Das wird z. B. aus den Betrachtungen
der Schrift
US 2008/0083835 deutlich,
in der das Zusammenwirken von zwei elastischen Dämpfungssystemen,
die sich zwischen Schiene und Schwelle und unterhalb der Schwelle
befinden, beschrieben wird. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden zwar die Dämpfungseigenschaften bei
höheren Frequenzen von 40 bis 250 Hz verbessert, gleichzeitig
verringert sich die Eigenfrequenz von ca. 40 auf ca. 20 Hz.
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Ein
weiterer Nachteil elastischer Dämpfungselemente besteht
darin, dass die Amplitude der Schienendurchbiegung bei Überfahrt
eines Schienenfahrzeuges erhöht wird. Die Wirkung von Dämpfungselementen
wie die innere Reibung der Schottersteine im Schottenbett verringert
sich mit verkleinerten Eigenfrequenzen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein dynamisch optimiertes Schottergleis
mit Querschwellen aus Spannbeton vorzuschlagen, das den besonderen
Bedingungen von Schnellfahrstrecken entspricht.
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Die
Aufgabe wird durch einen Schotteroberbau mit Erfindungsmerkmalen
entsprechend Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen sind in den Unteransprüchen genannt.
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Für
die Ausgestaltung eines dynamisch optimierten Schottergleises ist
es zunächst notwendig, sich mit den bei Schnellfahrten
auftretenden Anregungsfrequenzen einschließlich ihrer Harmonischen sowie
mit den Eigenfrequenzen des Systems Fahrzeug-Oberbau sowie des Eisenbahngleises
selbst zu beschäftigen. Resonanzen verstärken
die Amplituden der Relativbewegungen der Schwellen gegenüber
dem Schotter und sorgen deshalb für verstärkten Schotterverschleiß insbesondere
beim herkömmlichen Betonschwellengleis.
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Die
Anregung des Schottergleises erfolgt in Form von bewegten Belastungsvektoren,
die, wenn ein Kontaktpunkt mit einer definierten Koordinate auf der
Schiene betrachtet wird, eine impulsförmige Anregung bewirken.
Diese Impulse sind das Resultat vielfältiger Einflüsse
und sie lassen sich vorteilhaft durch ihr Anregungsspektrum beschreiben.
Im Anregungsspektrum sind geschwindigkeitsunabhängige Größen,
wie zum Beispiel die Eigenfrequenz des Wagenkastens und der Radsätze
sowie geschwindigkeitsabhängige Größen
wie die Folgefrequenz der Radberührungen des Kontaktpunktes
und der Rundheit der Räder, enthalten.
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Insbesondere
die geschwindigkeitsabhängigen Größen
erzeugen durch ihren Impulscharakter starke Oberwellen, die sich
in einer Verbreiterung des Anregungsspektrums auswirken. In das
Anregungsspektrum gehen auch geometrische Fehler des Gleises mit
ein. Es ist bekannt, dass hochgenau verlegte Gleise bedingt durch
geringere Amplituden der Anregung längere Nutzungsperioden
aufweisen, also seltener instand gesetzt werden müssen.
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Wie
rechnerisch gezeigt werden kann, liegt die kleinste, vertikale Eigenfrequenz
des unbelasteten Gleisrostes auf Schnellfahrstrecken unter Verwendung
der Spannbetonschwelle B70 bei etwa 80 Hz. Oberhalb der 80 Hz ist
zudem ein Häufungsbereich von Eigenfrequenzen festzustellen,
die aus verschiedenen geometrischen Zusammenhängen und Materialeigenschaften
entstehen. Solange die Frequenzen der Anregung unterhalb der kleinsten Schottergleis-Eigenfrequenz
von 80 Hz liegen, sind keine starken Resonanzen durch vergrößerte Schwellenbewegung
im Schottergleis zu erwarten.
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Bei
250 km/h, der Streckengeschwindigkeit von Intercity Verbindungen,
erzeugt die dritte, relativ energiereiche Harmonische der Radunrundheiten Anregungen
von ca. 74 Hz und besitzt einen relativ hohen spektralen Leistungsanteil
im Frequenzbereich um 80 Hz und im darüber liegenden Häufungsbereich
weiterer Eigenfrequenzen des Schnellfahrgleises.
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Das
Eigenfrequenzverhalten des Schottergleises ist also nicht optimal
an das Anregungsspektrum bei Geschwindigkeiten um 250 km/h angepasst. Insbesondere
wird aus dieser Betrachtung deutlich, dass elastische Zwischenlagen
unter der Schwelle mit ihrem Breitbandverhalten nicht zweckmäßig
erscheinen. Sie bewirken mit ihren niedrigeren Eigenfrequenzen eine
Verschiebung der Übertragungscharakteristik, gerade dorthin,
wo hohe spektrale Dichten im Anregungsspektrum vorzufinden sind.
Insofern ist es für die Ausgestaltung eines dynamisch optimierten
Schottergleises für Schnellfahrtstrecken nicht Ziel führend,
durch den Einbau elastischer oder plastischer Dämpfungselemente
die Eigenfrequenzen des Schottergleises zu reduzieren. Vielmehr
ist eine Erhöhung der kleinsten Eigenfrequenz des Gleisrostes anzustreben.
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Eine
wesentliche verschleißärmere Anpassung an das
Anregungsspektrum wird unter Anwendung der erfindungsgemäßen
Merkmale eines dynamisch optimierten Schottergleises erreicht, indem
die Eigenfrequenzen des Schottergleises erhöht werden. Ziel
der Optimierung ist es, eine kleinste Eigenfrequenz des Schottergleises
um mindestens 10 bis 15% zu erhöhen.
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Diese
Maßnahme wirkt sich auch vorteilhaft auf langsamer fahrende
Schienenfahrzeuge aus. Bei 160 km/h, einer mittleren Geschwindigkeit
auf Interregio Strecken, erzeugt erst die 5. (schon relativ schwache)
Harmonische der Radunrundheit eine Anregung mit etwa 80 Hz, was
in etwa mit der Eigenfrequenzhäufung des Schottergleises
bei 80 Hz identisch ist. Bei 180 km/h, der oberen Geschwindigkeit
in Interregio Strecken, erzeugen die Unrundheiten der 5. Radharmonischen
eine Anregung von etwa 90 Hz, die ebenfalls im Häufungsbereich
von Eigenfrequenzen über 80 Hz liegt.
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Erfindungsgemäß wird
eine verbesserte dynamische Anpassung zwischen dem Schottergleis und
der durch schnell fahrende Schienfahrzeuge erzeugten Anregung dadurch
erreicht, dass einerseits das Gewicht der Schwellen um ca. 15% gegenüber dem
Standardwert der Spannbetonschwelle B70 verringert wird. Zum anderen
sind die Schwellen mit einer nur temporär plastisch verformbaren
Ausgleichsschicht versehen, die nach dem Auflegen der Schwellen
auf das Schotterbett und ihrer Aushärtung eine möglichst
gleichförmige Anpassung der Schwellenunterseite an das
Profil der darunter liegenden Schotteroberfläche bewirkt.
Dadurch wird die Schwelle unelastisch und hart, aber ohne Spannungsspitzen
gleichmäßig, flächig und damit verschleißarm
aufgelagert.
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Durch
Verwendung der erfindungsgemäßen Ausgleichsschicht
wird insgesamt eine gleichförmigere Belastung des Schotterbettes
erreicht, da die Schwelle nicht mehr auf einzelnen Hochpunkten lagert.
Die Belastung verteilt sich auf eine Fläche bzw. eine Vielzahl
von Berührungspunkten. Da sich der Druck im Schotterbett
kegelförmig unter den Berührungsspitzen des Schottersteins
mit der Schwelle verteilt, bedeutet die Anwendung der Erfindung
eine Erhöhung der Anzahl der Druckkegel und damit eine insgesamt
geringere Druckspannung. Die Verformung bei einer vorgegebenen Last
auf der Schiene wird geringer, was einer erhöhten Steifigkeit
entspricht.
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Die
Aufbringung einer Ausgleichsschicht mit gleichförmiger
Anpassung der Schwellenunterseite an das Profil der darunter liegenden
Schotteroberfläche bedeutet gleichzeitig eine Erhöhung
des Längs- und Querverschiebewiderstandes der Schwelle
gegenüber dem Schotteroberbau. Das Eigengewicht der Schwelle
kann somit verringert werden, was zur Erhöhung der Eigenfrequenzen
des Schottergleises wünschenswert ist.
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Der
Unterschied zur bekannten, weichen, polymeren, elastischen Besohlung
besteht darin, dass keine zusätzliche, weiche Elastizität
zwischen die Schwellen und den Schotter gebracht wird, die auf der
Basis von Kompression und Verdichtung wirkt.
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Der
Unterschied zur bekannten, plastisch verformbaren Beschichtung besteht
darin, dass sie nicht langzeitig wirkt, sondern nur kurzzeitig bis
zum vollständigen Abbinden des mit der Schwelle im Verbund
befindlichen Mörtelüberzugs.
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Die übrigen,
praktisch bewährten Rahmenbedingungen, wie Baugrundsteifigkeit
und Steifigkeit der Schienenstützpunkte auf den Schwellen
werden beim Einsatz des erfindungsgemäßen Schottergleises
nicht verändert.
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Die
Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Es zeigen:
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1 Auflage
der Schwelle der bekannten Bauart in einem vertikalen Schnitt durch
das Gleis in einer Ebene senkrecht zu den Schienen
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2 Auflage
der Schwelle der bekannten Bauart in einem vertikalen Schnitt A-A
nach 1
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3 Detail
der Punkberührung
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4 einen
vergrößerten vertikalen Längsschnitt
durch eine Schwelle mit Ausgleichsschicht
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5 Schwelle
mit muldenförmiger Ausnehmung für Aufnahme der
Ausgleichsschicht
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6 Schwelle
mit zusätzlicher Profilierung
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7 Schwelle
mit vertikal geschichteter Ausgleichsschicht
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8 Spannungsverlauf im Schotterbett
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9 Steifigkeit
des Schotteroberbaus
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1 und 2 zeigen
die Berührungsverhältnisse bei konventioneller
Bauart in zwei Ansichten quer und längs der Schiene 1.
Die Schwelle 2 ruht auf Auflagepunkten 7, wie
in 3 verdeutlicht wird. Entsprechend hoch sind die
Auflagedrücke bei Belastung durch ein Schienenfahrzeug.
Einerseits bewirkt der hohe Auflagedruck einen starken Verschleiß der
Schwellenunterseite. Zum anderen verteilt sich der Auflagedruck
kegelförmig durch das Schotterbett 4 umgekehrt
proportional zur wirksamen Auflagefläche AL als
Schnitt durch den Lastverteilungskegel 8.
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Die
Vermeidung der genannten Nachteile liegt in einem Verbund der Schwellenunterseite
mit einer Ausgleichsschicht 9, die erhärtet, nachdem
die Anpassung des Profils der Schwellenunterseite an das der darunter
liegenden Schotteroberfläche, wie in 4 dargestellt,
vollzogen ist. Die in 4 beispielsweise dargestellten
vier Schottersteine 6 sind teilweise in den Überzug 9 hineingedrückt.
Die Kraftübertragung auf die oberste Schicht Schottersteine erfolgt
nicht mehr punktuell sondern flächig. Die Anzahl der Auflagepunkte
erhöht sich gegenüber den Verhältnissen
in 1 und 2. Insgesamt wirkt dadurch das
Schotterbett 4 härter, die Eigenfrequenzen erhöhen
sich und damit erhöhen sich die Dämpfungseigenschaften.
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Die
vereinfachten Zusammenhänge zwischen Auflagefläche,
Druckspannung und Steifigkeit sollen anhand 8 und 9 erläutert
werden. In 8a ist zunächst der
Verlauf der wirksamen Auflagefläche AL dargestellt.
Der Koordinatenursprung der Darstellung entspricht der Unterseite
der Schwelle 2 bzw. dem Berührungspunkt 7.
Die wirksame Auflagefläche AL breitet
sich kegelförmig unter dem Berührungspunkt 7 aus.
Die Koordinate h0 entspricht der Höhe
des Schotterbettes. Der Spitzenwinkel des Kegels α beträgt
ca. 30°. Umgekehrt proportional zur wirksamen Fläche
verändert sich der Druckverlauf, wie in 8b dargestellt
wird.
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Durch
Aufbringung einer Ausgleichsschicht 9 verändert
sich die Form des Lastverteilungskegels 8 in einen Kegelstumpf
mit entsprechenden Auswirkungen auf den Druckverlauf, die als gestrichelte
Linien in 8a und 8b dargestellt
sind. Für eine vorgegebene Belastung der Schiene durch
den Lastvektor Fs ergeben sich damit unterschiedliche Durchbiegungen ν,
wie in 9 gezeigt wird, was unterschiedlichen Steifigkeiten
des Schotteroberbaus entspricht.
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In
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Ausgleichsschicht 9 hydraulisch
gebundener Mörtel verwendet, da er einen Erhärtungsprozess über
etwa 28 Tage durchläuft. Als Endfestigkeit wird hier die
28 Tage Festigkeit angesehen. Dieser langsame Prozess kann dazu
genutzt werden, dass
- – die Schwelle 2 zunächst
auf dem Kopf liegend auf ihrer Unterseite Verbund mit einer hydraulisch abbindenden
Ausgleichsschicht 9 von mehreren Zentimeter Dicke eingeht,
- – die Ausgleichsschicht 9 zunächst
soweit abbindet, dass die Schwelle 2 transportfähig
wird,
- – die Schwelle 2 vor dem endgültigen
Abbinden der Ausgleichsschicht 9 auf herkömmliche
Art mittels eines Einbauzuges in den neuen Oberbau eingefügt
wird.
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Nach
dem Einbau der Schwellen 2 (und Auflegen der Schienen) überfahren
die schweren hinteren Teile des Einbauzuges langsam das frisch verlegte
Gleis und drücken mit ihrem Gewicht die noch nicht abgebundene,
hydraulisch abbindende Ausgleichsschicht in das Profil der Schotteroberfläche die
unter der Schwelle liegt. Dabei sorgt diese eindrückende
nahezu statische Belastung für die gleichförmige
Anpassung aller Schwellenauflagerungen an die darunter liegende
Schotteroberfläche. Dieser Anpassungsprozess kann ggf.
durch vertikales Rütteln unterstützt werden.
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Die
mehrere Zentimeter dicke, abbindende Ausgleichsschicht soll einen
ausreichenden Abnutzungsvorrat aufweisen. In heißen Jahreszeiten
kann durch Hochofenzemente oder durch die Zugabe eines Verzögerers
das zu schnelle Abbinden der Ausgleichsschicht verhindert werden.
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Zweckmäßiger
Weise wird die Ausgleichsschicht, wie in 4 verdeutlicht,
nur auf den Bereichen der Schwellenunterseite aufgebracht, in denen später
die Auflagerung der Schwelle 2 auf dem Schotterbett 4 stattfinden
soll. Die beiden Auflagerflächen befinden sich unterhalb
der Schienenstützpunkte. Der mittlere Bereich der Schwellen 2 wird
nicht aufgelagert, damit die Schwellen nicht „reiten”.
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Die
Schwellenunterseite kann, wie in 5 dargestellt,
in einer weiteren Ausführung der Erfindung mit einer muldenförmigen
Ausnehmung 10 versehen werden, in der die Ausgleichsschicht 9 untergebracht
ist. Damit werden die Schwellen 2 stapelfähig,
auch wenn die Ausgleichsschicht 9 noch nicht ausgehärtet
ist.
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In
einer weiteren Ausführung der Erfindung wird, wie in 6 dargestellt,
die Unterseite der Schwelle 2 mit einer Profilierung 11 versehen,
um eine bessere Haftung der Ausgleichsschicht 9 auf der Schwellenunterseite
zu gewährleisten.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die
Ausgleichsschicht 9 aus noch nicht abgebundenen Leichtbetonmischungen
bestehen, die Kunststoff- und/oder organische Fasern wie Stroh-
oder Bambusfasern und/oder evtl. Stahlfasern enthalten. Dadurch
besteht später nach eventuellen Umlagerungen des Schottergerüstes
eine ausgleichende Anpassungsfähigkeit durch die erhöhte
Duktilität des Leichtbetons zum Abbau örtlicher Überspannungen.
Zum Abbau späterer, örtlicher Überspannungen
verfügen derartige Leichtbetone über eine ausreichende
Verformungsfähigkeit durch die Ausbildung von Fließzonen,
die die Möglichkeit zur Energiedissipation eröffnen.
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Als
Leichtbetone sind Betone mit einem Raumgewicht zwischen 800 und
2000 kg/m3 geeignet. Im Gegensatz dazu besitzt üblicher
Beton ein Raumgewicht von 2000 bis 2600 kg/m3.
Technisch machbar sind Leichtbetone mit etwa 350 kg/m3.
Die Leichtigkeit entsteht vorwiegend durch Zuschlagstoffe wie z.
B. Leca oder Styroporkügelchen mit einem niedrigen spezifischen
Gewicht. Je leichter die Zuschlagstoffe sind, umso geringer ist
meistens ihre Festigkeit. Die Verwendung unterschiedlich schwerer Zuschlagstoffe
macht es möglich, die Festigkeit des Überzugs über
dessen Höhe gezielt zu variieren.
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Soll
die Ausgleichsschicht erst kurz vor dem Einbau der Schwelle 2 in
das Schotterbett 4 aufgebracht werden, bietet sich ein Überzug
aus frostbeständigem Bitumenzementmörtel an, da
er nach wenigen Stunden je nach Temperatur 1/3 seiner Endfestigkeit
erreichen kann. Eine brauchbare Mischung besteht z. B. aus etwa
11% Zement, 19% Bitumenemulsion, 53% Sand, 13% Flugasche, 3% Wasser
und zahlreichen Beimengungen von insgesamt etwa 0,7%. Das Bitumen
(etwa 11%) lagert sich teilweise in den Hohlräumen (Porenvolumen
etwa 25%) des zuvor gebildeten hydraulisch gebundenen Traggerüsts
(Matrix) an und erhöht die Zähigkeit des Mörtels durch
die klebrige Wirkung des Bitumens.
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Besonders
die Kerbzähigkeit des Bitumenzementmörtels wird
durch die Bitumenzugabe erhöht. Durch das Bitumen werden
auch Rissflanken stabilisiert und der Mörtel zerbröckelt
nicht so leicht, wie ein gleichfester, reiner Zementmörtel.
Der Überzug kann auch – wie die Leichtbetonmischung – Beimengungen
von Kunststoff- und/oder organischen Fasern wie Stroh- oder Bambusfasern
und/oder evtl. Stahlfasern enthalten.
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Aus
bisherigen Erfahrungen geht hervor, dass der Bitumenzementmörtel
kaum einen Beitrag zur Schwingungsdämpfung liefern kann.
Das ist wie beim Leichtbeton darin begründet, dass der
nur wenige Zentimeter dicke Überzug des Mörtels
mit dem Sand- und Zementanteil nach dem Abbinden ein hydraulisch
gebundenes Traggerüst (die Matrix) bildet, dessen Festigkeit
weit über der auftretenden Druckspannung liegt.
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Das
gewünschte Merkmal einer harten, möglichst unelastischen
Ausgleichsschicht 9 bleibt nach der Aushärtung
sowohl bei Leichtbetonen als auch bei Bitumenzementmörteln
erhalten, da die Matrix des Leichtbetons und des Bitumenzementmörtels aus
erhärtetem Zementleim besteht.
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In
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird für
die Herstellung eines dauerhaften ausreichend haftenden Verbundes
zwischen dem Überzug aus frischem Mörtel oder
Bitumenzementmörtel als Ausgleichsschicht 9 auf
dem abgebundenen Beton der Schwelle die Lasten übertragende
Unterseite der Schwelle mit einer Zementschlempe bestrichen, die
z. B. eine Zugabe von Silicastaub, Luftporenbildner oder dergleichen
enthält oder dem Mörtelüberzug klebende
Zemente und/oder Silicastaub z. B. als wässrige Suspension
und/oder Luftporenbildner oder dergleichen beifügt.
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In
einer weiteren Ausführung der Erfindung besteht die Ausgleichsschicht 9 aus
mindestens zwei Einzelschichten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung,
wie in 7 für beispielsweise zwei Schichten 12 und 13 dargestellt
ist. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ändert
sich die Materialzusammensetzung der Ausgleichsschicht 9 kontinuierlich.
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- 1
- Schiene
- 2
- Schwelle
- 3
- elastische
Zwischenlage
- 4
- Schotterbett
- 5
- Baugrund
- 6
- Schotterstein
- 7
- Auflagepunkt
- 8
- Lastverteilungskegel
- 9
- Ausgleichsschicht
- 10
- muldenförmige
Ausnehmung
- 11
- Profilierung
- 12
- Schicht
A
- 13
- Schicht
B
- 14
- Auflagefläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19881823 [0007]
- - DE 20215101 [0008]
- - EP 0549559 [0008]
- - WO 2008/122066 [0009]
- - DE 20014999 [0009]
- - US 5725149 [0009]
- - US 4489884 [0009]
- - EP 0826827 [0009]
- - DE 19522925 [0011]
- - US 2008/0083835 [0012]