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Die Erfindung betrifft einen Fahrbahnweg für schienengebundene Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Fahrbahnunterstützung zur Herstellung eines solchen Fahrbahnwegs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 15.
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Charakteristisch für den Aufbau von Fahrbahnwegen für schienengebundene Fahrzeuge ist eine Untergliederung in einen Unterbau und einen darauf ruhenden Oberbau. Der Unterbau umfasst somit alle konstruktiven Maßnahmen zur Aufnahme der Lasten aus dem Oberbau und besteht im Regelfall aus einer oder mehreren mineralischen Tragschichten, die in etwa bündig mit dem angrenzenden Gelände verlaufen, oder aber auch aus Kunstbauten wie zum Beispiel Brücken- oder Tunnelbauwerken.
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Der auf dem Unterbau ruhende Oberbau, setzt sich im Wesentlichen aus einem von Schienen und Schwellen gebildeten Gleis und einem der Lastverteilung dienenden Gleistragkörper zusammen. Der Gleistragkörper vergleichmäßigt dabei die örtlich konzentriert eingetragenen Radlasten aus den Schienenfahrzeugen großflächig.
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Bei Schotteroberbauten besteht der Gleistragkörper aus einer Schotterschicht, die neben der lastverteilenden Funktion zusätzlich die Aufgabe hat, das Gleis elastisch zu betten, das heißt, bei Überfahrten eine elastische Nachgiebigkeit des Oberbaus in vertikaler Richtung zu ermöglichen. Dadurch wird der Fahrkomfort erheblich gesteigert und der Verschleiß an den Fahrzeugen aufgrund ungedämpfter Stöße auf das Fahrwerk gemindert.
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Weiter ist unter der Bezeichnung „Feste Fahrbahn” ein schotterloser Oberbau bekannt, der vor allem in innerstädtischen Gebieten oder für Hochgeschwindigkeitsstrecken zur Anwendung kommt. Hier wird der lastverteilende Gleistragkörper von einer Beton- oder Asphalttragschicht gebildet, wobei eine elastische Bettung durch Vorsehen einer elastomeren Lagerung der Schienen erreicht werden kann.
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In sand- und windreichen Gebieten sind die Betreiber von Schienennetzen mit dem Problem konfrontiert, dass die Fahrbahnwege allmählich versanden. Das gilt zunächst für das Gleis selbst, an dem sich vor und zwischen den Schienen Sandablagerungen bilden und so den Schienenverkehr beeinträchtigen. Aber auch beim restlichen Oberbau und insbesondere bei einem Schotteroberbau führt die Versandung dazu, dass sich der Aufwand für Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen deutlich erhöht, der Verschleiß am Oberbau und den Schienenfahrzeugen zunimmt und eine Entwässerung des Fahrbahnwegs beeinträchtig ist. Die Betriebssicherheit eines Fahrbahnwegs unter derartigen Bedingungen ist daher nur mit unverhältnismäßig großen Aufwand zu gewährleisten, was jedoch wiederum zu Lasten der Wirtschaftlichkeit geht.
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Ein weiteres Problem stellt sich, wenn Sand in den Schotteroberbau eindringt, da mit dem Auffüllen der Schotterzwischenräume der Verlust der elastischen Bettung der Gleise einhergeht. Eine Dämpfung von Stoßbeanspruchungen ist nur noch eingeschränkt möglich, was einen erhöhten Verschleiß nicht nur am Gleis, sondern auch an den Fahrzeugen hervorruft. Es ist daher notwendig, das Schotterbett in verhältnismäßig kurzen Zeitintervallen zu reinigen, was jedoch sehr zeit- und kostenintensiv ist und den betroffenen Fahrbahnweg während dieser Zeit von der Nutzung ausschließt.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bekannte Fahrbahnwege für schienengebundene Fahrzeuge weiterzuentwickeln, um einer Versandung des Oberbaus entgegenzuwirken.
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Diese Aufgabe wird durch einen Fahrbahnweg mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einer Schienenunterstützung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ursache für die Versandung von Fahrbahnwegen ist die Kombination aus Wind und Sand. Die sich daraus ergebende Problematik löst die Erfindung in völlig unerwarteter und daher überraschender Weise, indem die für die Versandung ursächliche Windenergie dazu genutzt wird, einer Versandung des Fahrbahnoberbaus vorzubeugen. Dies gelingt durch eine konstruktive Ausbildung des Fahrbahnwegs, bei der zwischen der Schiene und dem Gleistragkörper Strömungsräume für den Wind geschaffen werden, in denen sich Luft mit hoher Geschwindigkeit und damit ausreichend hoher Energie bewegt, um die für ein Mitreißen der Sandpartikel erforderliche Schleppkraft auf die Sandpartikel auszuüben. Bei erfindungsgemäßen Fahrbahnwegen stellt sich somit ein Selbstreinigungseffekt ein, der Ablagerungen verhindert oder, falls Ablagerungen sich dennoch einmal bilden sollten, diese wieder auflöst. Einer Versandung der Gleise wird so wirksam entgegengewirkt. Dadurch reduzieren sich der Aufwand für Instandhaltungsmaßnahmen und wartungsbedingte Ausfallzeiten von Bahnstrecken. Insgesamt werden Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erfindungsgemäßer Bahnstrecken gesteigert.
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Die erfindungsgemäße Lagerung der Schienen gegenüber der Oberseite des Gleistragkörpers in einer vorbestimmten Höhe von mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 60 mm, 70 mm, 80 mm oder 90 mm, wird bevorzugt durch eine Schwellenkonstruktion erreicht, bei der die die Schienen tragenden Bereiche sockelartig aus dem Gleistragkörper ragen. Da derartige Schwellen in der Regel monolithisch ausgebildet sind, beispielsweise aus Beton, erweist es sich von Vorteil, dass mit der Verlegung der Schwellen gleichzeitig die Auflageflächen für die Schienen positionsgenau platziert werden. Auf diese Weise lässt sich ein hoher Baufortschritt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Fahrbahnwegs erzielen.
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Eine Alternative hierzu sieht vor, die erfindungsgemäße Lage der Schienen in vorbestimmter Höhe durch Abstandselemente zu erreichen, die zwischen der Unterseite der Schiene und der Oberseite einer konventionellen Schwelle eingefügt werden. Mit Hilfe modifizierter Befestigungsmittel werden die Schienen unter Klemmung der Abstandselemente gegen die Schwellen gespannt. Dies eröffnet die Möglichkeit, bereits bestehende Fahrbahnwege ohne größeren Aufwand in erfindungsgemäßer Weise nachrüsten zu können. Zudem ist es möglich bei Abstandselemente aus einem elastischen Material oder mit zumindest einer elastischen Schicht die elastischen Bettungseigenschaften des Oberbaus einzustellen.
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Bei allen erfindungsgemäßen Varianten ist als Abstand zwischen Schwelle und Gleistragkörper der sich über die versandungsgefährdete Länge des Fahrbahnwegs ergebende kürzeste mittlere Abstand zwischen der Unterkante der Schienen und der Oberseite des Gleistragkörpers zu verstehen. Insbesondere bei Schotteroberbauten ist die Oberseite des Gleistragkörpers nicht gleichmäßig, so dass zur Bestimmung des Abstandes von einer gemittelten Oberseite auszugehen ist.
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Um die Intervalle zur Wartung des Oberbaus zu vergrößern ist vorgesehen, an der Unterseite der Schienenunterstützungen eine elastische Sohle vorzusehen. Neben einer Verbesserung der elastischen Bettung werden gleichzeitig Spannungsspitzen verhindert, die ansonsten bei der Lastübertragung vom Gleis auf den Schotter übertragen und ohne intensive Wartungsarbeiten die Lebensdauer des Oberbaus verkürzen würden.
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In Weiterführung des erfindungsgemäßen Gedankens ist vorgesehen, nicht nur die Versandung der Gleise, sondern auch das Eindringen des Sandes in den darunter liegenden Oberbau zu verhindern. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einem Schotteroberbau von großer Bedeutung, da durch Einlagerung von Sand das Schotterbett seine elastischen Eigenschaften verliert, was nicht nur einen erhöhten Verschleiß des Fahrbahnwegs sondern auch der Schienenfahrzeuge bedingt.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Problematik sieht vor, dass der Gleistragkörper an seiner Außenfläche, also an den von außen zugänglichen Flächen, mit einer Versiegelung versehen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Versiegelung aus einem im Einbauzustand pastösen, schaumartigen Material, das nachfolgend eine Verfestigung erfährt. Geeignete Materialien sind beispielsweise Tensid-Zement-Gemische oder Polymer-Zement-Gemische, die aufgespritzt und mit einem Spachtel verteilt werden. Dabei dringt die Versiegelung in den Schotter des Gleistragkörpers bis in eine Tiefe von 3 bis 10 cm ein und bildet auf diese Weise eine Barriere für Sandpartikel, die durch den Wind von außen herangetragen werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, auf diese Versiegelung zusätzlich eine Schutzschicht aufzubringen, die neben einer Erhöhung der Dichtigkeit gleichzeitig einen mechanischen Schutz für die darunter liegende Versiegelung darstellt. Beispielsweise kann die Schutzschicht aus einer Polyurethan- oder Epoxidharzschicht bestehen, die wie eine Schutzschale für die Versiegelung wirkt.
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Eine alternative Ausführungsform sieht eine Versiegelung Gleistragkörpers mittels eines technischen Textils vor, beispielsweise eines Geotextils. Dieses ist für Festkörper wie z. B. Sandpartikel nicht permeabel, kann aber vorteilhafterweise für Luft und Wasser durchlässig sein. Somit stellt die Versiegelung kein Hindernis für die Entwässerung des Oberbaus dar. Zu Festigkeitssteigerung kann das technische Textil auch mit einer flüssigen, sich verfestigenden Matrix beispielsweise einem Harz oder dergleichen imprägniert sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbart werden. Soweit es zweckdienlich erscheint, werden für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Es zeigt
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1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Fahrbahnweg,
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2 einen Längsschnitt durch den in 1 dargestellten Fahrbahnweg,
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3a einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrbahnwegs, wie er in den 1 und 2 gezeigt ist,
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3b einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrbahnwegs,
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4a eine Ansicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schienenunterstützung,
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4b eine Ansicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schienenunterstützung,
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5a einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrbahnwegs mit schotterlosem Oberbau, und
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5b einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrbahnwegs mit schotterlosem Oberbau.
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Die 1, 2 und 3a zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrbahnwegs 1, dessen Unterbau mit dem Bezugszeichen 2 angedeutet ist. Der Unterbau 2 besteht beispielsweise aus einer Frostschutzschicht und/oder hydraulisch gebundenen Tragschicht. Die Oberseite des Unterbaus 2 wird als Planung 3 bezeichnet.
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Auf dem Unterbau 2 liegt der Oberbau 4 auf. Der Unterbau 2 dient also zur Aufnahme und Ableitung der Kräfte aus dem Oberbau 4, die sich zusammensetzen aus dem Gewicht des Oberbaus 4 sowie den statischen und dynamischen Kräften aus dem Schienenverkehr.
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Der Oberbau 4 umfasst in den Ausführungsformen gemäß der 3a und 3b einen Gleistragkörper 5 in Form eines Schotterbetts. Das Schotterbett besteht aus einer mindestens 30 cm starken Schüttung gebrochener Mineralsteine mit einer Korngröße von beispielsweise 32 mm bis 63 mm. Die Flanken 6 des Gleistragkörpers 5 verlaufen geböscht, während die plane Oberseite 7 zur Aufnahme eines Gleises 8 dient. Das Gleis 8 wird von Schienen 10 und Schienenunterstützungen 9 gebildet, die zusammen einen Gleisrost ergeben.
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Für die Umsetzung der Erfindung geeignete Schienenunterstützungen 9 in Form von Monoblockschwellen sind in den 4a und 4b dargestellt, wobei infolge der gegebenen Symmetrie zur Mittelebene 19 jeweils nur eine Schwellenhälfte dargestellt ist.
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Aus 4a geht eine erste Ausführungsform einer Schwelle 9 hervor, die einen balkenförmigen Schwellengrundkörper 11 mit etwa rechteckförmigem oder leicht trapezförmigem Querschnitt besitzt. Im Bereich der Schiene 10 ragt aus dem Schwellengrundkörper 11 in monolithischer Bauweise ein Sockel 12 hervor. Die Oberseite des Sockels 12 bildet eine Auflagefläche 13, auf der die Schienen 10 mit der Unterseite ihres Schienenfußes aufliegen. Wichtig im Sinne der Erfindung ist dabei, dass infolge der Höhe des Sockels 12 eine höhere Lagerung der Schienen 10 innerhalb des Oberbaus 4 erreicht wird, als dies bei konventionellen Fahrbahnwegen der Fall ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Abstand zwischen der Unterseite der Schiene 10 und der Oberseite 9 des Gleistragkörpers 5 mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 60 mm, 70 mm, 80 mm oder 90 mm.
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Die in 4b dargestellte Ausführungsform einer Schwelle 9 verfolgt den gleichen Zweck, mit anderen Mitteln. Hier wird die erhöhte Lagerung der Schiene 10 auf einer herkömmlichen Monoblockschwelle 9 dadurch erreicht, dass zwischen dem Lagerbereich der Schwelle 9 und der Schiene 10 ein Kraft übertragendes Abstandselement 14 eingefügt ist. Durch eine geeignete Höhe des Abstandselements 14 kann die relative Höhenlage der Schienen 10 zum Gleistragkörper 5 exakt vorgegeben werden. Bei Verwendung elastischer Materialien für die Abstandselemente 14 ist zudem die elastische Bettung der Schienen 10 einstellbar.
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Die Schienen 10 sind bei beiden in den 4a und 4b gezeigten Ausführungsformen der Schwellen 9 mittels nicht dargestellter Schienenbefestigungsmittel kraftschlüssig an diesen befestigt. Die Spannachsen der Befestigungsmittel sind mit den unterbrochenen Linien 25 angedeutet. Zudem können beide Schwellentypen an ihrer Unterseite eine Schwellensohle 15 aus elastischem Material aufweisen, um den Verschleiß zu verringern, die Wartungsintervalle zu verlängern und die stoßdämpfenden Eigenschaften des Fahrbahnwegs 1 zu verbessern. Mischformen zwischen den beiden in den 4a und 4b gezeigten Ausführungsformen liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
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Aus den 1, 2, 3a und 3b geht hervor, dass derartige Schienenunterstützungen 9 in den Schotter des Gleistragkörpers 5 eingebettet sind, wobei der Schwellengrundkörper 11 in etwa bündig mit der Oberseite 7 des Gleistragkörpers 5 endet. Die sich auf diese Weise ergebende Verzahnung der Schienenunterstützungen 9 im Schotter des Gleistragkörpers 5 ermöglicht eine Krafteinleitung vom Gleis 8 in den Oberbau 4 nicht nur in vertikaler, sondern auch horizontaler Richtung.
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Um den Gleistragkörper 5 vor Versandung zu schützen, ist der Gleistragkörper 5 an seinen Flanken 6 und seiner Oberseite 7 mit einer flächigen Versiegelung versehen. Gemäß der in 3a gezeigten Ausführungsform ist zu diesem Zweck im oberflächennahen Bereich des Gleistragkörpers 5 bis in eine Tiefe von etwa 3 cm bis 10 cm eine Versiegelung aufgetragen, beispielsweise ein Tensid-Zement-Gemisch 16 oder ein Polymer-Zement-Gemisch. Durch Glätten mit einer Spachtel folgt die Versiegelung der Außenkontur des Gleistragkörpers 5. Allein in dieser Form stellt das Tensid-Zement-Gemisch 16 oder Polymer-Zement-Gemisch einen wirksamen Schutz gegen Versanden dar.
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Durch Aufbringen einer zusätzlichen Schutzschicht 17, beispielsweise eines Polyurethanharzes, auf die Außenseite des Tensid-Zement-Gemisches 16 oder Polymer-Zement-Gemisches, wird eine verbesserte Schutzwirkung erzielt. Die Schutzschicht 17 kann beispielsweise in flüssigem Zustand aufgespritzt werden und bildet nach ihrem Aushärten eine schalenartige Verfestigung.
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Die in 3b dargestellte alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Oberbaus 4 unterscheidet sich hiervon durch eine Versiegelung, bei der die Flanken 6 und Oberseite 7 des Gleistragkörpers 5 mit einem Geotextil 18 bedeckt sind. Die Struktur des Geotextils 18 ist vorzugsweise derart, dass das Geotextil 18 für Sandpartikel undurchlässig, für Wasser und Luft hingegen permeabel ist, um den Oberbau entwässern zu können. Es ist auch möglich, das Geotextil 18 mit einem Harz, beispielsweise einem Polyurethanharz oder Epoxidharz zu tränken, um dessen Festigkeit zu steigern.
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Während die 1 bis 4b einen Gleistragkörper 5 mit Schotterbett beschreiben, zeigen die 5a und 5b die Umsetzung der Erfindung bei schotterlosem Oberbau. Dieser Aufbau ist auch unter der Bezeichnung ”Feste Fahrbahn” bekannt und kommt vor allem bei Hochgeschwindigkeitstrassen und innerstädtischem Bahnverkehr zur Anwendung.
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Man sieht wiederum einen mit dem Bezugszeichen 2 angedeuteten Unterbau, auf dem eine starre Tragplatte 20 liegt, die beispielsweise aus Beton oder Asphalt hergestellt ist und den Gleistragkörper 5 bildet. Auf der Oberseite 7 der Tragplatte 20 ragen paarweise sich im Abstand der Spurweite des Fahrbahnwegs 1 gegenüberliegende Doppelblockschwellen 21, die mit ihrem Fußbereich kraftschlüssig in die Tragplatte 20 einbinden, aber auch in sonstiger Weise auf der Tragplatte 20 fixiert sein können.
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5a zeigt eine Doppelblockschwelle 21, die an ihrer Oberseite eine Auflagefläche 13 aufweist, auf der eine Schiene 10 aufliegt, wobei eine elastische Zwischenlage 22 zwischen Schiene 10 und Doppelblockschwelle 21 eine elastische Bettung der Schienen 10 gewährleistet. Schienenbefestigungsmittel 23 sorgen für eine sichere Befestigung der Schienen 10 auf den Doppelblockschwellen 21. Die Höhe der Doppelblockschwellen 21 ist so gewählt, dass deren Auflageflächen 13 eine Lagerung der Schienen 10 ergeben, bei der sich zwischen der Unterseite der Schienen 10 und Oberseite des Gleistragkörpers 5, die der Oberseite der Tragplatte 20 entspricht, ein Abstand von mindestens 50 mm einstellt, vorzugsweise mindestens 60 mm, 70 mm 80 mm oder 90 mm.
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Bei der Ausführungsform gemäß 5b ist analog des Oberbaus gemäß 3b ein Abstandelement 14 zwischen der Schiene 10 und der Doppelblockschwelle 21 eingefügt, das für den erfindungsgemäßen Abstand der Schiene 10 zur Oberseite 7 des Gleistragkörper 5 sorgt. Die Unterseite des Abstandselements 14 wird formschlüssig von der Doppelblockschwelle 21 aufgenommen. Die Oberseite des Abstandelements 14 ist vorteilhafterweise so geformt, dass darauf an für sich bekannte Schienenbesteigungsmittel 23 ebenfalls formschlüssig zu liegen kommen. Dabei können sich die mit 25 angedeuteten Schwellenschrauben durch das Abstandselement 14 bis in die Doppelblockschwelle 21 erstrecken.
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Wie vor allem aus 2 ersichtlich, bilden die Schienen 10, die Gleistragkörper 5 und zwei benachbarte Schwellen 9 jeweils einen Durchlass 24 für quer auf den Fahrbahnweg 1 auftreffenden Wind. Infolge des erfindungsgemäßen Abstandes zwischen Schienen 10 und Gleistragkörper 5 wird ein genügend großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt, um eine ausreichend starke Luftströmung in den Durchlässen 24 zu erzeugen, die aufgrund der ihr innewohnenden Schleppkraft Sandablagerungen im Bereich zwischen den Schienenunterstützungen 9 verhindert und/oder diesen Bereich von eventuell vorhandenen Sandablagerungen befreit.
