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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fahrwegträgern entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bekannte
Fahrwegträger
bestehen im wesentlichen aus einem Brückenträger in Form eines Plattenbalkens
oder Hohlkastens mit Kragarmen und Funktionselementen zum Tragen,
Führen
und Absetzen der Magnetschwebebahn, die an der Kragplatte oder am
Balken befestigt sind.
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Fahrwegträger sind über diskrete
Stützstellen
oder flächig
auf Unterbauten aufgelagert.
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Bekannt
ist, dass die Funktion des Brückenträgers am
effektivsten und wirtschaftlichsten durch eine Spann-/Stahlbetonkonstruktion
erfüllt
wird. In der Regel wird der Brückenträger auch
bei im Grundriss gekrümmter
Fahrweggradiente gerade ausgebildet. Die notwendige Bogenabrückung wird über variable
Kragarmlängen
der Kragplatte ausgeglichen, so dass die Trägeraußenkanten quasi parallel zur Raumkurve
verlaufen. Erforderliche Querneigungen von 0° bis 12° mit zugehörigen Horizontalradien werden
bei geradem Plattenbalken durch variable Kragarmlängen realisiert.
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Im
Bereich der Trag-/Führfunktionen
einer Magnetschwebebahn werden Stahlkonstruktionen als Funktionselemente
zur Erzielung der geforderten Maßhaltigkeiten eingesetzt. Sie
unterscheiden sich in der Ausbildung der Funktionselemente und deren Anordnung
am Brückenträger. Zum
Teil werden ein zelne Funktionselemente zu Funktionsbauteilen bzw. -modulen
verbunden. Funktionselemente oder Funktionsbauteile bei einigen
bekannten Fahrwegträgern sind
lös- und
auswechselbar am Brückenträger befestigt.
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Schäden an den
Stahlbauteilen bekannter Träger
führen
alternativ zur Sanierung vor Ort, zum Austausch des betroffenen
Funktionsmoduls oder -elements oder zum Austausch des gesamten Trägers. Maßgebend
für die
Wahl der Instandsetzungsmethode ist in der Regel die benötigte Dauer
der Unterbrechung des Schwebebahnbetriebs.
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Die
Ausrüstung
für den
Fahrbetrieb der Magnetschwebebahn, im wesentlichen Statorpakete
und Motorwicklung, ist in sehr engen Toleranzgrenzen an die Lage
der Funktionselemente gebunden. Statorpakete sind in der Regel mit
austauschbarer Verschraubung am Träger befestigt. Bei Versagen
der Verschraubung zwischen dem Statorpaket und dem Anschlusskörper zum
Fahrwegträger
antwortet das System mit einer detektierbaren Verschiebung von ca.
2 mm, die für
den Fahrbetrieb als ungefährlich
angesehen wird.
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Alle
der Witterung ausgesetzten Stahlteile der meisten bekannten Fahrwegträger müssen dauerhaft
konserviert und grundsätzlich
wartungsfrei sein. In definierten Zeitintervallen sind Inspektionen vorgesehen,
um den Zustand des Tragsystems zu überprüfen. Je größer die Stahloberfläche ist
und je unzugänglicher
und verwinkelter Einzelflächen
angeordnet sind, desto größer ist
der Instandhaltungs- oder Instandsetzungsaufwand.
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Bauteile,
die sich einer automatisierten Inspektion entziehen, müssen entsprechend
ihrer Ausfallwahrscheinlichkeit überdimensioniert
sein. Dies betrifft insbesondere alle Arten von Befestigungen bei
bekannten Fahrwegträgern.
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Die
Kosten für
den Fahrweg stehen in direktem Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung
eines ungestörten
Fahrbetriebs. Jede "Streckenbaustelle" für die Instandhaltung
oder Instandsetzung des Fahrweges stellt eine Stör- und potentielle Gefahrenstelle dar.
Entscheidend für
die Wahl der Instandset zungsmaßnahme
ist meistens die Instandsetzungsdauer vor Ort. Ein bekannter Austausch
von einzelnen Funktionsbauteilen oder -elementen hat Vorteile bei der
Größe der eingesetzten
Gerätschaften
und der Logistik der vorzuhaltenden Ersatzteile. Schwerer wiegende
Nachteile liegen aber insbesondere in der ganzzahligen Vervielfachung
des Aufwandes mit der Zahl auszutauschender Module, der beschränkten Arbeitsfreiheit
durch die Motorwicklung und im Beschädigungsrisiko von angrenzenden
Ausrüstungsteilen.
Ein Ausführungsrisiko
liegt auch in der Vielfältigkeit
der auszuführenden
Instandsetzungsroutinen.
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Bezüglich der
Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit
eines Fahrwegträgers
in der Summe seiner Bauteile ist kaum davon auszugehen, dass einzelne Funktionselemente
ausfallen. Wenn einzelne Bauteile alterungsbedingt versagen, sind
alle Bauteile eines Trägers
ebenso versagensgefährdet.
Im Havariefall oder durch höhere
Gewalt werden wahrscheinlich mehrere benachbarte Module beschädigt. In
vielen Fällen
wird voraussichtlich eine Entscheidung für einen kompletten Trägeraustausch
fallen müssen.
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt zusammenfassend
die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren anzugeben, um den Instandhaltungs-
und Instandsetzungsaufwand zu minimieren, Instandsetzungsroutinen
zu vereinfachen, erforderliche Überbemessungen
zu reduzieren sowie die Herstellungs- und Unterhaltungskosten der
Fahrwege für
Magnetschwebebahnen zu senken.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
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Gegenüber einem
Teil der bekannten Konstruktionen ist der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Träger
konsequent auf Robustheit ausgelegt. Die tragenden Stahlbauteile
sind vor der Witterung geschützt
und zusätzlich
schwingungsgedämpft
im Funktionsbauteil eingebettet. Lediglich die Funktionsflächen der
Gleitleiste und der Seitenführungsschiene
sind äußeren Einflüssen ausgesetzt.
Wegen ihrer Ebenheit sind sie jedoch leicht zu inspizieren und instand
zu halten.
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Das
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Einsatz kommende zusammenhänge
Konstruktionsteil ist als statisch überbestimmtes Tragwerk selbsttragend
und schon allein aus herstellungstechnischen Gründen überdimensioniert. Die Seitenführungsschiene
ist mittelbar oder unmittelbar mit der Gleitleiste fest verbunden.
Die Gleitleiste ist zusätzlich über die
Anschlusskörper
durch Verbund in der Betonkonstruktion des Stahlbetonfertigteils
verankert. Der Ausfall von Schweißnähten – auch über größere Bereiche – führt unter
dynamischer Last im schlimmsten Fall zu detektierbaren, aber für den Fahrbetrieb
unbedenklichen Verformungen.
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Falls
aufgetretene Schäden
für die
Restlebenszeit des Trägers
als unzulässig
diagnostiziert werden, wird der gesamte Träger vorteilhaft komplett ausgetauscht.
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Das
Grundkonzept des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Trägers
geht von der bekannten polygonalen Anordnung der Hauptträgerquerschnitts
von Stützort
zu Stützort
der Unterbauten aus. Die kreisbogenförmige oder sinusförmige Anordnung
der Funktionsmodule im Kurvenradius RH wird vorteilhaft durch die
polygonale Anordnung angenähert.
Während
der Herstellung des Fahrwegträgers
kann die Betonoberfläche
unter Nutzung der Gleitebenen als Schablone abgezogen werden. Dadurch
entsteht eine bestmögliche
Anpassung an den räumlichen
Flächenverlauf.
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Die
Oberseite des Trägers
ist insbesondere im Übergangsbereich
zwischen dem Funktionsbauteil und dem Tragbalken vorzugsweise längsspaltfrei. Damit
ist eine erhebliche Reduzierung der Schallemissionen verbunden.
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Die
Kraftübertragung
zwischen den Funktionsbauteilen und dem Betonträger erfolgt über Beton und
Betonstahl. Der Vorteil dieser Lösung
ist, dass die hohen dynamischen Einwirkungslasten im Kragarmbereich
nicht wie bekannt lokal über
einzelne Konsolen oder Befestigungselemente abgetragen, sondern
die auftretenden Beanspruchungen über die gesamte Funktionsbauteillänge kontinuierlich
in den Hauptträgerquerschnitt
eingeleitet werden.
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Die
als Befestigungspunkte für
die Statorpakete dienenden Anschlusskörper sind sowohl an der Gleitleiste
befestigt als auch in den Beton des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgebildeten Funktionsbauteils eingegossen und damit integraler Bestandteil
des Funktionsbauteils. Die gesamte Konstruktion des Funktionsbauteils
ist dadurch redundant gegen Versagen einzelner Funktionselemente aufgebaut.
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Das
statisch konstruktive Konzept des Trägers lässt verschiedene Entwässerungskonzepte
zu.
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Die
Funktionsbauteile sind am Träger
zuverlässig
gegen ungewolltes oder gewaltsames Lösen befestigt.
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Die
Konstruktion des Fahrwegträgers
ist auf schnellen und problemlosen, kompletten Trägeraustausch
ausgelegt. Der Austausch von ganzen Fahrwegträgern vermeidet Streckenbaustellen.
Ein weiterer großer
Vorteil liegt in der hohen Ausführungssicherheit
der Maßnahme,
da diese aus der Herstellung des Fahrweges bereits bekannt und geübt ist.
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Der
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Träger
ist konsequent auf Minimierung des Konservierungsaufwandes ausgelegt.
Bezüglich
der Funktionssicherung existieren praktisch keine Bereiche, die
für Korrosionsschutzsicherung unzugänglich und
der Bewitterung ausgesetzt sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Fahrwegträgers
ist vorteilhaft auf kostengünstige
Serienproduktion abgestimmt. Dies wirkt sich vorteilhaft bei der
Festlegung und Optimierung von stets wiederkehrenden Arbeitsschritten
aus. Es bietet sich somit eine weitgehende Automatisierung der Produktion
an.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ist,
dass die damit hergestellten Fahrwegträger wenigstens teilweise in
kleinen oder mittelständischen
Fertigungsbetrieben hergestellt werden können, was erfahrungsgemäß zu einer
wirtschaftlichen Herstellung und Bereitstellung von Fahrwegträgern führt.
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Die
Träger
können
vollständig
ausgerüstet im
Herstellungswerk verladen werden. Wegen der handlichen Packmaße der Träger ist
der problemlose Einsatz von Standardgeräten (Tieflader, Krane) selbst
unter beengten Verhältnissen
(Wohn-, Altstadtgebiete) möglich.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ausgestaltungen
oder Ausführungsmöglichkeiten
eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Fahrwegträgers
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen als Einfeldträger ausgebildeten Fahrwegträger (1)
in räumlicher
Ansicht,
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2 eine Querschnittsdarstellung
des zu 1 gleichen Fahrwegträgers (1),
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3 ein Funktionsbauteil (2)
in einer räumlichen
Ansicht, wobei durch gestrichelte Linien eine ebenso mögliche Verlängerung
des Bauteils angedeutet ist,
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4 den inneren Konstruktionsaufbau
eines Funktionsbauteils (2) in einer für die Fertigteilherstellung
des Funktionsbauteils vorteilhaften Orientierung in zweidimensionaler
Ansicht.
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Ein
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellendes
Funktionsbauteil (2) wird in Stahlbetonverbundbauweise
vorgefertigt.
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Bis
zu einem Kurvenradius RH > 2000
m des Fahrweges wird vorteilhaft mit ca. 3 m langen Funktionsbauteilen
das erforderliche polygonale Stichmaß des Fahrwegträgers eingehalten.
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Die
Funktionselemente Gleitleiste (21), Seitenführschiene
(22) und Anschlusskörper
(23) sind zu einem selbsttragenden Konstruktionsteil miteinander
verbunden. Anschlusskörper
(23) für
ein Ausrüstungsteil
(3), an dem Statorpakete und Motorwicklungen angeordnet
werden können,
sind entweder aus Stahl oder Stahlguss an die Gleitleiste dauerfest
angeschweißt.
Die Anschlusskörper
(23) weisen eine für
Betonverbund vorteilhafte Form auf. Zur konstruktiven Ausgestaltung
können
weitere Konstruktionselemente, z. B. Aussteifungs- oder Verbindungsbleche (26)
oder Kopfbolzen (27), in der Stahlkonstruktion angeordnet
sein. Konstruktionsbleche (26) können vorteilhaft mit Löchern zur
Durchführung
von Bewehrungsstäben
versehen sein.
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Für Horizontalradien
1000 m ≤ RH ≤ 2000 m kann
entweder die Seitenführschiene
mit Überdicke hergestellt
und anschließend
bearbeitet oder auf eine Länge
von ca. 2 m verkürzt
hergestellt werden. Für Radien
RH kleiner ca. 1000 m ist die Seitenführschiene zu bearbeiten.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das selbsttragende
Konstruktionsteil teilweise oder komplett als Gussteil aus ferromagnetischem Material
gefertigt.
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Durch
Nachbearbeitung des selbsttragenden Konstruktionsteils, insbesondere
Abspanen der Gleitleiste (21), Seitenführschiene (22) und
der Anschlusskörper
(23), kann das Konstruktionsteil für die Maß- und Formanforderungen an
seine spätere
Position im Fahrwegträger
(1) vorbereitet werden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung des Konstruktionsteils werden nur die
nicht von Beton geschützten Flächen der
Stahlkonstruktion in bekannter Weise konserviert oder gegen Korrosion
geschützt.
Zur späteren
Abdichtung zwischen der Gleitleiste (21) und der späteren Betonoberfläche des
Trägers
(1) können
vorteilhaft Dichtstreifen aus Polysulfid oder auf PUR-Basis angeordnet
werden.
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Nach
Anordnung von Betonstahl als Bewehrung (25) oder als Anschlusseisen
(25) wird das Konstruktionsteil mit Beton (24)
zu einem Betonfertigteil vergossen. Letzteres stellt das Funktionsbauteil
(2) dar. Wie das Ausführungsbeispiel
in 4 zeigt, wird das
Konstruktionsteil auf der Seitenführschiene (22) gelagert
und die nicht gezeigten Seiten sowie die Stirnseite und die der
Gleitleiste (21) gegenüber
liegende Seite mit einer Schalhilfe (42) geschlossen.
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Durch
Anordnung von Konturschalelementen (41) wird die spätere Trägeranschlussseite
mit einer Kontur für
Schubübertragung
versehen, wobei die Verzahnungstiefe vorteilhaft an den Größtkorndurchmesser
des Betonzuschlags angepasst wird. Gegebenenfalls ist ein lokaler
Einsatz von Fasern im Beton vorteilhaft.
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Andere
Verfahren zur Herstellung des Funktionsbauteils (2) sind
ebenso möglich.
Ein fertiggestelltes Funktionsbauteil (2) ist in 3 dargestellt.
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Das
Betonieren des Fahrwegträgers
(1) erfolgt vorteilhaft in der bekannten Spannbetonbauweise
mit sofortigem Verbund in einem Spannbett. Durch den sofortigen
Verbund des Spanngliedes mit dem Beton (direktes Einbetonieren des
gespannten Stahls) ist die Gefahr von Spannstahlbrüchen gegenüber Verfahren
mit nachträglichem
Verbund erheblich reduziert.
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Die
Funktionsbauteile (2) werden maßhaltig in oder an der Schalkonstruktion
des Trägers
(1) oder unabhängig
von der Schalkonstruktion des Trägers (1),
aber in deren Nähe
angeordnet und bezüglich
ihrer späteren
Position und Lage im Träger
(1) unter Berücksichtigung
von Kriechen und Schwinden des Trägerbetons in exakter Raumkurvenlage
ausgerichtet. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
dies mit Computer gesteuerten Maschinen.
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Bezüglich der
Systemtechnik und der Instandhaltung ist eine ebene, glatte und
längsspaltlose
Trägeroberfläche vorteilhaft.
Alternativ kann eine Wasser leitende Konturierung mit einem Entwässerungssystem
vorteilhaft sein.
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Nach
Vervollständigung
der Schalkonstruktion des Trägers
(1), insbesondere an Versatzstellen zwischen dem Funktionsbauteil
(2) und den Trägerkragarmen,
wird der Träger
(1) betoniert und dadurch die Funktionsbauteile (2)
an den Träger
(1) unlösbar anbetoniert.
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Der
Träger
(1) wird in einer Ausrüstmaschine vermessen.
Nach Auswertung der Ergebnisse können
vorteilhaft die Anschlusskörper
(23) für
die Befestigung der Statorpakete mechanisch bearbeitet werden.
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Die
Ausrüstungsteile
(3) können
bereits im Herstellungswerk des Trägers (1) montiert
werden. Alternativ können
zunächst
die Statorpakete an den Anschlusskörper (23) montiert
und die Motorwicklung an anderer Stelle oder zu anderem Zeitpunkt
an den Statorpaketen angeordnet werden.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Fahrwegträger
und daraus zusammengesetzte Fahrwege für Magnetschwebebahnen sind in
der Herstellung und Instandhaltung zuverlässiger und kostengünstiger
als einige bekannte Fahrwegträger
und deren Herstellungsverfahren.