DE10354483B4

DE10354483B4 - Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen

Info

Publication number: DE10354483B4
Application number: DE2003154483
Authority: DE
Inventors: Franz Kieneke; Peter Friedmann
Original assignee: DB Netz AG
Current assignee: DB Netz AG
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: DE10354483A1; EP1533421A2; EP1533421A3

Abstract

Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen eines Oberbaus von Schienenbahnen, bei dem
– eine visuelle und messtechnische Prüfung der Betonschwelle durchgeführt wird
– die Betonschwelle gereinigt wird,
– Schwellenschrauben entfernt werden,
– Kleineisen sowie Dübel gewechselt werden,
– die Betonschwelle gekennzeichnet wird und
im Fall von Unregelmäßigkeiten und/oder Abweichungen von Vergleichsmaßen von einer fabrikneuen Betonschwelle die Betonschwelle ausgemustert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
– eine Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons mit Hilfe einer Körperschallanalyse durchgeführt wird,
– die Elastizität der Betonschwelle durch einen Biegeversuch überprüft wird,
– die Absenkung des Schienenauflagerbereich gemessen und mit dem Maß einer fabrikneuen Betonschwelle verglichen wird,
– Schwellenschrauben eingesetzt, Schwellenschrauben angezogen und mit einem Drehmoment verspannt werden und
– ein Ausziehversuch an den verspannten Schwellenschrauben durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen eines Oberbaus von Schienenbahnen.

Aus DE 203 06 701 U1 ist eine Vorrichtung zur Aufarbeitung von Teilen der Unterbaukonstruktion schienengestützter Verkehrsmittel, insbesondere von Schwellen die vorzugsweise aus Beton bestehen, bekannt. Hierbei werden zunächst in einem Entdübelungsmodul schrittweise in jeder Schwelle gleichzeitig mindestens zwei Dübel entfernt. Mit einer Inspektionskomponent, bestehend im wesentlichen aus einer vorzugsweise endoskopischen Kamera, innerhalb des Entdübelungsmoduls wird die Qualität der durch das Hochdruckwasser freigelegten Bohrung festgestellt.

In einem Reinigungsmodul werden die Schwellen gewaschen. Anschließend wird der im Reinigungsmodul anfallende Wassernebel abgesaugt und eine störungsfreie Zustandsbeurteilung der gereinigten Schwellen mittels einer oder mehrer Videokameras durchgeführt.

In einem Dübelungsmodul wird zunächst visuell und/oder messtechnisch die Qualität der Schwellen vor dem Neubedübeln fachlich begutachtet. Nicht für die Weiterverwendung geeignete Schwellen werden gekennzeichnet und am Ende des Aufarbeitungsverfahrens aus dem Takt genommen und für die spätere Entsorgung abgelegt oder unmittelbar der Entsorgung zugeführt.

Abschließend werden neue Dübel in die Schwellen eingepresst und gegebenenfalls Bohrungen mit einem Füllstoff gefüllt.

Als Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass eine Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen folgende Arbeitsschritte umfasst:

– Sichten der Betonschwelle und visuelle Inspektion,
– Entfernen der Rippenplatte und vermessen der Tiefe der Fläche der Betonschwelle unterhalb der Rippenplatte,
– wenn die Betonschwellen Holzdübel aufweisen, werden die Holzdübel entfernt und durch haltbarere Kunststoffdübel ersetzt,
– wenn die Betonschwellen Kunststoffdübel aufweisen, werden die Kunststoffdübel auf Beschädigungen überprüft und ggf. ausgetauscht.

Nachteil der Verfahren des Standes der Technik ist jedoch, dass diese im wesentlichen Sichtkontrollen an den Schwellen durchführen und die hauptsächlich beanspruchten Dübel wechseln. Eine messtechnische Begutachtung von Schwellen ist zwar erwähnt, mit welchen Mitteln die innere Struktur der Betonschwelle messtechnisch überprüft werden soll, wird jedoch nicht angegeben.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur messtechnischen Überprüfung aller wesentlichen Teile sowie der inneren Struktur von gebrauchten Betonschwellen bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Prüfung und Aufarbeitung ermöglicht es in ihrer Summe, einen Eindruck über den Zustand der Betonschwelle zu gewinnen, die in unerwarteter Weise deutlich über die bloße Summe ihrer Einzelteile und den bisherigen Stand der Technik hinausgeht. Bekanntlich nehmen Qualitätsanforderungen, die an Bauteile des Oberbaus, insbesondere Betonschwellen, gestellt werden, überproportional mit dem Geschwindigkeitsbereich zu, für den sie verwendet werden sollen. So ist die Verwendung von nach dem bisherigen Stand der Technik wieder hergestellten Betonschwellen auf einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich von bis zu 120 km/h beschränkt. Die erfindungsgemäße Prüfung und Aufarbeitung hingegen ermöglicht insbesondere durch eine Überprüfung der Materialeigenschaften des Betons, die Betonschwelle in einen solchen Zustand wieder herzustellen, dass ein Einsatz sogar ohne jegliche Geschwindigkeitsbeschränkung ermöglicht wird.

Durch diesen erweiterten Einsatzbereich wird desweiteren auch der Anwendungsspielraum für wiederhergestellte Betonschwellen erheblich erweitert. Durch die bisherige Einschränkung auf einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich von bis zu 120 km/h konnten die nach dem Stand der Technik aufgearbeiteten Betonschwellen nur auf wenigen Strecken verwendet werden. Durch die Erweiterung auf einen Einsatz ohne jegliche Geschwindigkeitsbeschränkung können die erfindungsgemäß geprüften und aufgearbeiteten Betonschwellen besonders vorteilhaft auch an Strecken des Hochgeschwindigkeitsverkehrs, insbesondere bis 300 km/h, verwendet werden.

Ein wirtschaftlicher Erfolg wird zudem insbesondere dadurch erzielt, dass eine wiederhergestellte Betonschwelle nur etwa den halben Preis einer neuen Be tonschwelle kostet. Darüber hinaus werden durch die Wiederverwendung der Betonschwellen wichtige Ressourcen geschont. Damit leistet die Aufarbeitung von Betonschwellen und die Wiederverwendung in einem größeren Einsatzbereich im Rahmen der Kreislaufwirtschaft einen nicht unerheblichen Beitrag zum aktiven Umweltschutz. Durch die aufgeführten Maßnahmen wird zusätzlich sichergestellt, dass die wiederhergestellte Betonschwelle die selben physikalischen Eigenschaften besitzt, wie eine neuen Betonschwelle.

Ansprüche 2 bis 4 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung aus Anspruch 1.

Nach Anspruch 1 wird zunächst eine visuelle Überprüfung der Betonschwelle durchgeführt, hierbei wird nach Anspruch 2 insbesondere auf Ausbrüche, sichtbare Risse, Scharfkantigkeit des Betonschwellenkörpers, insbesondere der Unterseite, eine Kontaminierung durch anhaftender Schadstoffe, Schäden im Schienenauflagerbereich sowie den Zustand der Kleineisen geachtet.

Im Anschluss daran wird die Betonschwelle insbesondere durch eine Hochdruck-Wasseranlage gereinigt. Hierbei werden insbesondere kleinere Anhaftungen an der Betonschwelle von dieser gelöst, die Betonschwelle von Verschmutzungen befreit sowie lose Betonteilen abgelöst.

Im Weiteren wird eine Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons mit Hilfe einer Körperschallanalyse durchgeführt

Nach Anspruch 3 wird für die Körperschallanalyse die Betonschwelle durch eine Ultraschalluntersuchung auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons überprüft. Dies geschieht insbesondere im Schienenauflagerbereich sowie im Bereich der Kleineisen und der Rippenplatte. Treten unerwartete Reflexionen der in den Beton eingeleiteten Ultraschallwellen auf, sind Unregelmäßigkeiten im Beton vorhanden, insbesondere Materialschäden und/oder Querrisse. In diesen Fällen wird die Betonschwelle ausgemustert.

Desweiteren wird für die Körperschallanalyse nach Anspruch 3 ein Ausschwingversuch an der Betonschwelle durchgeführt, indem die Betonschwelle mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt und die Nachhallzeit dieser Schwingung ermittelt wird. Dabei wird die Betonschwelle durch einen Massestoß oder einen Schwingungserreger, insbesondere einen Shaker, kurzfristig zu Schwingen angeregt. Aus einem ermittelten Abklingverhalten, der sog. Nachhallzeit, der Schwingungen sowie den ermittelten Eigen frequenzen der Betonschwelle lassen sich direkte Schlüsse auf evtl. in der Betonschwelle vorhandene Längsrisse ziehen. Werden Abweichungen von einem erwarteten Abklingverhalten sowie von erwarteten Eigenfrequenzen ermittelt, wird die Betonschwelle ausgemustert.

Zusätzlich wird für die Körperschallanalyse nach Anspruch 3 eine mechanische Impedanz der Betonschwelle ermittelt. Hierfür wird die Betonschwelle mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt, eine Kraft der Anregung und eine Schwinggeschwindigkeit der Betonschwelle ermittelt. Das Verhältnis aus der Kraft der Anregung und der Schwinggeschwindigkeit ergibt die mechanische Impedanz der Betonschwelle. Werden Abweichungen von einem erwarteten Verlauf der mechanischen Impedanz der Betonschwelle ermittelt, wird die Betonschwelle ausgemustert.

Daraufhin wird durch einen Biegeversuch die Elastizität der Betonschwelle ermittelt. Hierbei wird die Betonschwelle insbesondere an ihren Enden aufgelagert und auf ihrer Oberseite im Bereich ihrer Mitte mit einer Biegekraft beaufschlagt. Die durch die Biegekraft hervorgerufene Durchbiegung der Betonschwelle wird gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Überschreitet die gemessene Durchbiegung den Grenzwert, wird die Betonschwelle ausgemustert.

Die Schwellenschrauben werden insbesondere mit einer Schraubmaschine entfernt sowie ggf. Dübel ausgedreht.

Eine Absenkung des Schienenauflagerbereich wird gemessen und mit der einer fabrikneuen Betonschwelle verglichen. Hierbei muss sich der gleiche Messwert wie bei der fabrikneuen Betonschwelle ergeben.

Die Kleineisen werden mit einer Schraubmaschine gewechselt sowie ggf. Dübel wieder eindreht. Die Schwellenschrauben werden aufgesetzt, angezogen und mit einem einer fabrikneuen Betonschwelle entsprechenden Drehmoment verspannt.

Mit einem Ausziehversuch der zuvor verspannten Schwellenschraube wird die Qualität der Verankerung der Schwellenschraube bzw. des Dübels in der Betonschwelle überprüft. Hierbei wird die Betonschwelle fest eingespannt, so dass sie nicht angehoben werden kann. Eine Klammer umgreift die Schwellenschraube und zieht sie mit einer bestimmten Kraft entgegengesetzt zu ihrer Einschraubrichtung. Während des Ausziehversuches muss die Schwellenschraube im Dübel sowie der Dübel fest mit dem Betonkörper verankert bleiben.

Abschließend wird die Betonschwelle zum Nachweis und zur Dokumentation der überprüften Qualität gekennzeichnet. Hierbei wird auf der Betonschwelle insbesondere ein Prüfsiegel und ein dauerhafter Barcode angebracht.

Die oben genannte Reihenfolge der Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht zwingend festgelegt. Selbstverständlich kann – bis auf die abschließende Dokumentation – jede beliebige andere Reihenfolge entsprechend organisatorischer und/oder betrieblicher Vorgaben gewählt werden. Hierdurch wird eine größt mögliche Anpassbarkeit und Variabilität des Verfahrens gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit drei Figuren näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 schematisch eine Betonschwelle mit Dübeln und Schwellenschrauben, bei der an einer Schwellenschraube ein Ausziehversuch durchgeführt wird,
2 schematisch eine Betonschwelle deren Elastizität durch einen Biegeversuch überprüft wird,
3 schematisch eine Betonschwelle deren Absenkung des Schienenauflagerbereiches gemessen wird.
Bei dem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird zunächst eine visuelle Überprüfung der Betonschwelle 1 aus 1 durchgeführt, wobei insbesondere auf Ausbrüche, sichtbare Risse, Scharfkantigkeit des Betonschwellenkörpers, insbesondere der Unterseite, eine Kontaminierung durch anhaftender Schadstoffe, Schäden im Schienenauflagerbereich sowie den Zustand der Kleineisen geachtet wird.
Im Anschluss daran wird die Betonschwelle 1 insbesondere mit einer Hochdruck-Wasseranlage gereinigt. Hierbei werden insbesondere kleinere Anhaftungen an der Betonschwelle gelöst, die Betonschwelle 1 von Verschmutzungen befreit sowie lose Betonteilen abgelöst.
Im Weiteren wird die Betonschwelle 1 durch eine Körperschalluntersuchung auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons überprüft.
Dies geschieht insbesondere durch eine Ultraschalluntersuchung in einem Schienenauflagerbereich 11 aus 3 sowie im Bereich der Kleineisen und der Rippenplatte. Treten unerwartete Reflexionen der in den Beton eingeleiteten Ultraschallwellen auf, sind Unregelmäßigkeiten im Beton vorhanden, insbesondere Materialschäden und/oder Querrisse. In diesen Fällen wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
Desweiteren wird für die Körperschallanalyse ein Ausschwingversuch an der Betonschwelle 1 durchgeführt, indem die Betonschwelle 1 mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt und die Nachhallzeit dieser Schwingung ermittelt wird. Dabei wird die Betonschwelle 1 durch einen Massestoß oder einen Schwingungserreger, insbesondere einen Shaker, kurzfristig zu Schwingen angeregt. Aus einem ermittelten Abklingverhalten, der sog. Nachhallzeit, der Schwingungen sowie den ermittelten Eigenfrequenzen der Betonschwelle 1 lassen sich direkte Schlüsse auf evtl. in der Betonschwelle 1 vorhandene Längsrisse ziehen. Werden Abweichungen von einem erwarteten Abklingverhalten sowie von erwarteten Eigenfrequenzen ermittelt, wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
Zusätzlich wird für die Körperschallanalyse eine mechanische Impedanz der Betonschwelle 1 ermittelt. Hierfür wird die Betonschwelle 1 mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt, eine Kraft der Anregung und eine Schwinggeschwindigkeit der Betonschwelle 1 ermittelt. Das Verhältnis aus der Kraft der Anregung und der Schwinggeschwindigkeit ergibt die mechanische Impedanz der Betonschwelle 1. Werden Abweichungen von einem erwarteten Verlauf der mechanischen Impedanz der Betonschwelle 1 ermittelt, wird die Betonschwelle ausgemustert.
Daraufhin wird, wie in 2 dargestellt, durch einen Biegeversuch die Elastizität der Betonschwelle 1 ermittelt. Hierbei wird die Betonschwelle 1 insbesondere im Bereich ihrer Enden auf Auflager 7 gesetzt und auf ihrer Oberseite im Bereich ihrer Mitte mit einer Biegekraft 8 beaufschlagt. Die durch die Biegekraft 8 hervorgerufene Biegelinie 10 mit der Durchbiegung 9 der Betonschwelle 1 wird gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Überschreitet die Durchbiegung 9 den Grenzwert, wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
Die Schwellenschrauben 2 werden insbesondere mit einer Schraubmaschine entfernt sowie ggf. alle Dübel 3 herausgedreht.
Eine Tiefe 12 des Schienenauflagerbereiches 11 wird, wie in 3 dargestellt, gemessen und mit der entsprechenden Tiefe einer fabrikneuen Betonschwelle verglichen. Hierbei muss sich der gleiche Messwert wie bei einer fabrikneuen Betonschwelle ergeben. Ergibt die Messung, dass der Schienenauflagerbereich 11 aufgrund der bisherigen Belastungen der Betonschwelle 1 durch den Schienenverkehr abgesenkt oder unzulässig verformt ist, wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
Alle Kleineisen werden mit der Schraubmaschine gewechselt sowie ggf. die Dübel 3 wieder eindreht. Die Schwellenschrauben 2 werden aufgesetzt, angezogen und mit einem einer fabrikneuen Betonschwelle entsprechenden Drehmoment verspannt.
Mit einem Ausziehversuch der zuvor verspannten Schwellenschraube 2 wird, wie in 1 dargestellt, die Qualität der Verankerung der Schwellenschraube 2 bzw. des Dübels 3 in der Betonschwelle 1 überprüft. Hierbei wird die Betonschwelle 1 insbesondere an den Bereichen 5 gegen Anheben gesichert. Eine Klammer 4 umgreift den Kopf der Schwellenschraube 2 und zieht sie mit einer bestimmten Ausziehkraft 6 entgegengesetzt ihrer Einschraubrichtung. Während des Ausziehversuches muss die Schwellenschraube 2 fest im Dübel 3 sowie der Dübel 3 fest mit dem Betonkörper der Betonschwelle 1 verankert sein.
Abschließend wird die Betonschwelle 1 zum Nachweis und zur Dokumentation der überprüften Qualität gekennzeichnet. Hierbei wird auf der Betonschwelle 1 insbesondere ein Prüfsiegel und ein dauerhafter Barcode angebracht.

1: Betonschwelle
2: Schwellenschraube
3: Dübel
4: Greifer
5: Abstützung
6: Ausziehkraft
7: Auflager
8: Biegekraft
9: Durchbiegung
10: Biegelinie
11: Schienenauflagerbereich
12: Tiefe des Schienenauflagerbereiches 9

Claims

Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen eines Oberbaus von Schienenbahnen, bei dem – eine visuelle und messtechnische Prüfung der Betonschwelle durchgeführt wird – die Betonschwelle gereinigt wird, – Schwellenschrauben entfernt werden, – Kleineisen sowie Dübel gewechselt werden, – die Betonschwelle gekennzeichnet wird und im Fall von Unregelmäßigkeiten und/oder Abweichungen von Vergleichsmaßen von einer fabrikneuen Betonschwelle die Betonschwelle ausgemustert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons mit Hilfe einer Körperschallanalyse durchgeführt wird, – die Elastizität der Betonschwelle durch einen Biegeversuch überprüft wird, – die Absenkung des Schienenauflagerbereich gemessen und mit dem Maß einer fabrikneuen Betonschwelle verglichen wird, – Schwellenschrauben eingesetzt, Schwellenschrauben angezogen und mit einem Drehmoment verspannt werden und – ein Ausziehversuch an den verspannten Schwellenschrauben durchgeführt wird.
Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der visuellen Prüfung auf Ausbrüche, sichtbare Risse, Scharfkantigkeit des Betonschwellenkörpers an der Unterseite, Kontaminierungen durch anhaftender Schadstoffe, den Zustand des Schienenauflagerbereiches sowie den Zustand des Kleineisen der Betonschwelle geachtet wird.
Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons mit Hilfe der Körperschallanalyse durch – eine Ultraschalluntersuchung der Betonschwelle durchgeführt wird und im wesentlichen der Bereich der Schienenauflager und/oder der Bereich der Auflagerung der Schiene sowie der Kleineisen und der Rippenplatte untersucht wird und/oder – ein Ausschwingversuch an der Betonschwelle durchgeführt wird, indem die Betonschwelle mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt und die Nachhallzeit dieser Schwingung ermittelt wird und/oder – eine mechanische Impedanz der Betonschwelle ermittelt wird, indem die Betonschwelle mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt, eine Kraft der Anregung und eine Schwinggeschwindigkeit der Betonschwelle ermittelt wird.
Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Prüfen der Elastizität der Betonschwelle durch einen Biegeversuch – die Betonschwelle im Bereich ihrer Enden aufgelagert wird, – auf der Oberseite der Betonschwelle im Bereich der Mitte der Betonschwelle eine Biegekraft aufgebracht wird, – eine Durchbiegung der Betonschwelle bestimmt wird, die durch die Biegekraft hervorgerufen wird, – eine Aussage über die Elastizität der Betonschwelle anhand eines Vergleiches der ermittelten Durchbiegung mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Durchbiegung getroffen wird.
Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ausziehversuch der zuvor verspannten Schwellenschraube – die Betonschwelle gegen Hochziehen abgestützt wird, – eine Schwellenschraube mit einem Greifer umklammert wird – die Schwellenschraube von dem Greifer mit einer bestimmten Kraft nach oben gezogen wird, – die Schwellenschraube bzw. der Dübel auf eine feste Verankerung in der Betonschwelle überprüft wird.