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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Fahrbahnweg für schienengebundene Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Stand der Technik
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Der Aufbau von Fahrbahnwegen für schienengebundene Fahrzeuge ist unterteilt in einen Unterbau und einen darauf ruhenden Oberbau. Der Unterbau nimmt die Lasten aus dem Oberbau auf, üblicherweise besteht er 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. Auf dem Unterbau ist der Oberbau angeordnet. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem von Schienen und Schwellen gebildeten Gleis und einem der Lastverteilung dienenden Gleistragkörper. Der Gleistragkörper verteilt die lokal konzentriert auftretenden Radlasten aus den Schienenfahrzeugen flächig auf den Unterbau. Üblicherweise wird zwischen Schotteroberbauten und schotterlosen Oberbauten – sogenannten Festen Fahrbahnen – unterschieden.
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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. So wird bei Überfahrten eine elastische Nachgiebigkeit des Oberbaus in vertikaler Richtung ermöglicht. Der Fahrkomfort wird erheblich gesteigert und der Verschleiß an den Fahrzeugen infolge ungedämpfter Stöße auf das Fahrwerk gemindert. Teile des Gleises – also die die Schienen tragenden Schwellen – binden nahezu vollständig in den Schotter ein, um den Abtrag der horizontalen Einwirkungen (aus Bremsen, Beschleunigen, Kurvenfahrt, ...) aufzunehmen. Damit ist der Abstand zwischen Schienenunterkante und der Oberkante des Schotterkörpers in der Regel zwangsläufig sehr gering.
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Mit der Bezeichnung ‚Feste Fahrbahn’ wird ein schotterloser Oberbau benannt, der häufig für Hochgeschwindigkeitsstrecken oder in innerstädtischen Gebieten hergestellt wird. Bei dieser Bauart besteht der lastverteilende Gleistragkörper aus einer Beton- oder Asphalttragschicht; eine elastische Bettung und damit die Gewährleistung des nachgiebig elastischen Tragverhaltens in vertikaler Richtung kann durch eine elastomere Lagerung der Schienen erreicht werden. Horizontale Lasten werden über kraftschlüssigen Verbund (beispielsweise Betonschwellen in Betonplatten) in den Gleistragkörper geleitet. Für die Bauart ‚Feste Fahrbahn’ gibt es von verschiedenen Herstellern unterschiedliche Systeme, in deren Grundprinzip Mono- oder Zweiblockschwellen in eine Beton- oder Asphalttragschicht einbinden oder profilierte Fertigteiltragplatten vollständig vorgefertigt werden. Der Abstand zwischen Unterkante Schiene und Oberkante Gleistragkörper ist abhängig von Hersteller-System; das System Züblin beispielsweise hat in der Regel einen Abstand von 100 mm bis 110 mm, andere Hersteller bieten kleinere Abstände – was wohl im Bereich von Tunnelquerschnitten als Vorteil gesehen wird, um geringere Tunnelquerschnitte realisieren zu können.
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In sand- und windreichen Regionen besteht die Gefahr, dass die Fahrbahnwege – sowohl Schotterbau als auch Feste Fahrbahn betreffend – kontinuierlich versanden. Dieses Problem besteht aus zwei Teilproblemen: Das Gleis selbst, an dem sich vor und zwischen den Schienen Sandablagerungen bilden, wird von Sandanfrachtungen mindestens teilweise verdeckt und so der Schienenverkehr beeinträchtigt.
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Die zweite Problematik betrifft vor allem die Bauweise mit Schotteroberbau. Sand dringt in den Schotteroberbau ein, die Schotterzwischenräume werden sukzessive aufgefüllt. Damit verliert der Schotterkörper seine Verformbarkeit und infolgedessen seine elastischen Eigenschaften. Die Dämpfung der Beanspruchung aus überfahrenden Zügen wird eingeschränkt, dies führt zu einem erhöhten Verschleiß sowohl am Gleis als auch an den Schienenfahrzeugen. Auch die Entwässerung des Fahrbahnweges ist beeinträchtigt. In Folge dieser Versandung ist es notwendig, das Schotterbett in kurzen Zeitintervallen zu reinigen.
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Unverhältnismäßig hoher Verschleiß, häufige Wartungsarbeiten und Nutzungsausfall des Schienenweges sind kostenintensiv – das Aufrechterhalten der Betriebssicherheit ist unter derartigen Bedingungen unwirtschaftlich. Damit ist es von wirtschaftlichem Interesse eine Lösung für das Versandungsproblem zu entwickeln.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Fahrbahnwege für schienengebundene Fahrzeuge weiterzuentwickeln, um einer Versandung des Oberbaus entgegenzuwirken.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch einen Fahrbahnweg mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Kombination aus Wind und Sand ist ursächlich für die Versandung von Fahrbahnwegen. Gleichzeitig kann das Auftreten des Windes zur Lösung des Problems der Sandanfrachtungen an den Schienensträngen – sowohl bei der Bauweise der Festen Fahrbahn als auch bei Schotteroberbau – genutzt werden. Die Erfindung nutzt die Energie des Windes, um die Gleise von Sandanfrachtungen frei zu halten. Dies gelingt durch eine strömungsgünstige Konstruktion des Fahrbahnweges im Bereich der Schienen und Schwellen. Zwischen Schienenunterkante und Gleistragkörper werden ausreichend große und aerodynamisch gestaltete Freiräume geschaffen, die die Windbewegungen derart erzwingen, dass sich anlagernde Sandkörner erfasst und wegtransportiert werden. Zonen, in denen aufgewirbelter Sand zur Ruhe kommt und sich anhäufen kann, werden vermieden.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Gleises mit einem Abstand der Schienenunterkante zur Oberkante des Gleistragkörpers von mindestens 110 mm, vorzugsweise mindestens 150 mm bis 200 mm, wird beispielsweise durch geeignete Stützpunkthöcker erreicht. Derartige Stützpunkthöcker werden auf den aus dem Stand der Technik bekannten Schwellen – zwischen Schwellenoberkante und Gleisunterkante – angeordnet. Sie können aus starrem – beispielsweise Beton – oder geeignetem elastischen Material gefertigt sein oder mindestens in Teilbereichen bzw. Teilschichten elastische Eigenschaften aufweisen. Damit kann durch die Materialwahl und den Aufbau der Stützpunkthöcker das elastische Verhalten des Gleistragkörpers gesteuert werden – was insbesondere bei Festen Fahrbahnen von Vorteil ist. Da die erfindungsgemäßen Stützpunkthöcker in einer Ausgestaltung unabhängige Bauteile sind, sind sie zur Ertüchtigung vorhandener Fahrbahnwege geeignet; wobei allerdings berücksichtigt werden muss, dass sich die Oberkante der Schiene um die Bauteilhöhe der Stützpunkthöcker verändert und somit die Gradiente insgesamt höher ist. Alternativ können die Stützpunkthöcker monolithisch an der Schwelle angeformt werden oder kraft- und formschlüssig mit der Schwelle vorgefertigt werden.
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Kerngedanke der Erfindung ist es, dass überall wo der Wind ausreichend in Bewegung bleibt, Sandablagerung erschwert oder gar unmöglich sind. So wird der verursachende Wind zugleich zur Lösung des Versandungsproblemes herangezogen. In einer bevorzugten Ausführung ist der Stützpunkthöcker mindestens teilweise aus einem elastisch Material gefertigt oder mit einen elastischen Material beschichtet. Damit gelingt es die elastischen Bettungseigenschaften des Fahrbahnweges zu steuern.
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Insgesamt ist es wesentlich für die erfindungsgemäße Ausgestaltung, dass die Stützpunkthöcker eine aerodynamisch günstige Geometrie aufweisen. Der lichte Raum zwischen Schienenunterkante und der Oberkante des Gleistragkörpers – sowohl bei Schotteroberbau als auch bei der Bauart der Festen Fahrbahn – ist seitlich zwischen zwei Schwellen und den darauf angeordneten Stützpunkthöckern begrenzt. Insgesamt bilden Schienenunterkante, der rechte und der linke Stützpunkthöcker mitsamt Schwelle und die Oberkante des Gleistragkörpers einen Durchlass, durch den der Wind durchzieht und gegebenenfalls Sandkörner transportiert. Dieser Durchlass ist so auszugestalten, dass die Luft mit ausreichend hoher Geschwindigkeit strömt und dass sich keine Zonen ergeben, in denen Verwirbelungen entstehen, die Ruhezonen analog zu Kehrwässern in fließenden Gewässern ergeben oder Stellen, an denen Hindernisse die Wind- (und Sandbewegung) beeinträchtigen. Dies kann beispielsweise durch den weitestgehenden Verzicht von Kanten und Ecken erreicht werden, da insbesondere an diesen Stellen Verwirbelungen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Stützpunkthöcker mit ovalen oder gerundeten Enden. Dabei ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die Ausführung der Stützpunkthöcker derart gestaltet ist, dass der cw–Wertes ≤ 1,0 ist oder in einer besonders günstigen Ausfürhungsvariante cw ≤ 0,7 ist. Darüberhinaus ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäßen Elemente eine nicht allzu raue Oberfläche haben. Im Einzelfall kann am Einbauort eine bevorzugte Einbaurichtung festgelegt werden, so dass die Stützpunkthöcker mit ihrem cw-Wert an der hauptsächlich vorherrschenden Windrichtung optimal ausgerichtet werden.
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Es zeigt
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1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Fahrbahnweg in verschiedenen Ausgestaltungsvarianten, dargestellt für die Bauart mit schotterlosem Oberbau
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2a einen Längsschnitt durch den in 1 dargestellten Fahrbahnweg, mit Stützpunkthöckern geringer Höhe
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2b einen Längsschnitt durch den in 1 dargestellten Fahrbahnweg, mit Stützpunkthöckern – vergrößerter Luftströmungsdurchlass
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3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrbahnweges für den Schotteroberbau
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4 Detailzeichnung eines Stützpunkthöckers
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Gemeinsam ist sowohl dem Fahrbahnweg 1 in Schotterbauweise als auch als Feste Fahrbahn, dass der Oberbau 2a, 2b auf dem Unterbau 3 aufliegt. Der Unterbau 3 übernimmt die Aufnahme und Weiterleitung der Kräfte aus dem Oberbau 2. Diese ergeben sich aus dem Gewicht des Oberbaus 2 sowie den statisch und dynamisch einwirkenden Kräften aus dem Schienenverkehr – sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung. In der Regel besteht der Unterbau 3 beispielsweise aus einer Frostschutzschicht und/oder hydraulisch gebundenen Tragschicht. Die Oberseite des Unterbaus 3 wird als Planum 4 bezeichnet.
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Die 1, 2a und 2b zeigen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fahrbahnweges 1 für einen Oberbau 2a der Bauart Feste Fahrbahn in unterschiedlichen Ausführungsvarianten. Der Oberbau 2a wird von einer Betontragplatte 14 gebildet, in die üblicherweise Zweiblock- oder Monoblockschwellen als Schienenunterstützungen 9 einbinden. In 2a sind erfindungsgemäße Stützpunkthöcker 11 mit relativ geringer Bauhöhe von mindestens 110 mm gezeigt – damit entsteht ein Durchlass 12 für Windströmungen wie es beispielsweise das System Züblin für Feste Fahrbahnen in der Höhe bereits bisher hinsichtlich der Durchlasshöhe realisiert. Eine Weiterentwicklung ist, dass die als integrierte Stützpunkthöcker 11 dargestellten Zweiblockschwellen der Festen Fahrbahn erfindungsgemäß aerodynamisch vorteilhaft gestaltet sind und so die Winddurchströmung ohne Verwirbelungen ermöglichen.
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In den Zeichnungen sind schematisiert unterschiedliche aerodynamisch günstige Ausführungsformen von Stützpunkthöcker 11 gezeigt. Innerhalb eines Fahrbahnweges 1 wird bevorzugt einheitlich eine Ausführungsform der Stützpunkthöcker 11 eingesetzt.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind erfindungsgemäß aerodynamisch gestaltete Stützpunkthöcker 11 als separates Bauteil zur nachträglichen oder ergänzenden Montage auf Festen Fahrbahnen wie auch auf den Schwellen von Schotteraufbauten möglich. In 4 ist exemplarisch die Darstellung eines Einzelbauteiles eines Stützpunkthöckers 11 gezeigt, das zum separaten Einbau geeignet ist.
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In Regionen, in denen der Fahrbahnweg 1 sehr stark zur Versandung neigt, ist es sinnvoll den Durchlass 12 größer zu gestalten. 2b zeigt die Variante der für diesen Zweck adaptierten Stützpunkthöcker 11 mit einer Bauhöhe von 150 mm bis 200 mm. Es versteht sich von selbst, dass auch die so adaptierten Stützpunkthöcker 11 als einzelne Elemente – wie in 4 dargestellt – eingesetzt werden können.
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Der Oberbau 2b besteht in der in 3 dargestellten Ausführungsform aus einem Gleistragkörper 5 in Form eines Schotterbetts. Das Schotterbett wird aus einer mindestens 30 cm starken Schüttung gebrochener Mineralsteine mit einer Korngröße von beispielsweise 32 mm bis 63 mm gebildet. Die Flanken 6 des Gleistragkörpers 5 verlaufen geböscht, während die horizontale Oberseite 7 zur Aufnahme eines Gleises 8 dient. Das Gleis 8 wird von Schienen 10 und Schienenunterstützungen 9 gebildet, die zusammen einen Gleisrost ergeben. Die dargestellten Schienenunterstützungen 9 bestehen aus Betonbreitschwellen, die im Gleistragkörper 5 verlegt sind – alternativ können für die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch Standardschwellen in normalem oder reduziertem Abstand zueinander verlegt werden. Beeinflusst wird die Schwellenwahl bzw. deren Anordnung im jeweiligen Anwendungsfall durch die lokal abzuleitenden Einwirkungen. Abhängig von der Bauhöhe des auf der Schienenunterstützung 9 angeordneten Stützpunkthöckers 11 – und damit dem Ort des Lastangriffspunktes für die einzelne Schwelle – und den einwirkenden Lasten aus den überfahrenden Fahrzeugen muss die stabile Lage der Schienenunterstützung 9 im Schotterbett sichergestellt sein. Die Einbindung der Schienenunterstützungen 9 in den Gleistragkörper 5 aus Schotter ist notwendig, um horizontal auftretende Belastungen aus der Befahrung des Fahrbahnweges 1 im Oberbau 2b aufnehmen und in den Unterbau 3 weiterleiten zu können.
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In der Zeichnung ist außerdem eine Maßnahme zum Versandungsschutz des Schotterkörpers 13 dargestellt. Deren Ziel ist es, die zusätzliche Problematik des Verlustes der Elastizität des Schotterbettes durch Zusetzen der Hohlräume im Schotterbett mit Sandkörnern zu verhindern. Dafür wird ein Geotextil oder eine gleichwertige flächige Einlage in Oberflächennähe im Schotterbett eingebracht.
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4 zeigt schematisch Ausführungen des Stützpunkthöckers 11 in aerodynamisch günstiger Geometrie. Die äußere Form ist so gewählt, dass Ecken und Kanten auf ein Minimum reduziert sind, um Verwirbelungen und infolgedessen Windschattenzonen zu vermeiden. Die Unterseite des Stützpunkthöckers 11 wird formschlüssig von der Schienenunterstützung 9 – also einer Mono- oder Zweiblockschwelle – aufgenommen. Die Geometrie ist so gewählt, dass auch an der Übergangsstelle zu den Schwellen oder der Betontragplatte 14 keine oder nur unbedeutete Windschattenzonen enstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrbahnweg
- 2a
- Oberbau, Feste Fahrbahn
- 2b
- Oberbau, Schotteroberbau
- 3
- Unterbau
- 4
- Planum
- 5
- Gleistragkörper
- 6
- Flanken, Gleistragkörper
- 7
- Oberseite, Gleistragkörper
- 8
- Gleis
- 9
- Schienenunterstützung
- 10
- Schienen
- 11
- Stützpunkthöcker
- 12
- Durchlass
- 13
- Versandungsschutz Schotterkörper
- 14
- Betontragplatte
