DE19946105A1 - Träger zur Herstellung eines Fahrwegs für spurgebundene Fahrzeuge, insbesondere einer Magnetschwebebahn, und damit hergestellter Fahrweg - Google Patents

Abstract

Es werden ein Träger (11) zur Herstellung eines Fahrwegs für spurgebundene Fahrzeuge, insbesondere einer Magnetschwebebahn, und ein aus einer Mehrzahl derartiger Träger (11) zusammengesetzter Fahrweg beschrieben. Der Träger (11) weist auf seiner Oberseite eine wärmedämmende und erfindungsgemäß schwimmend gelagerte Abdeckung (23) auf (Fig. 2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und einen damit hergestellten Fahrweg.

Träger und Fahrwege dieser Art sind allgemein bekannt (z. B. DE 39 28 277 C1, DE 39 28 278 C2). Sie dienen zur Spurführung und Aufnahme von Funktionskom­ ponenten bzw. Ausrüstungsteilen wie z. B. Statorpaketen, Seitenführschienen und Gleitbah­ nen, die entsprechenden, am Fahrzeug montierten Funktionskomponenten wie z. B. Trag-, Erreger-, Brems- und Führmagneten sowie Tragkufen oder dgl. zusammenwirken.

Die Träger können aus Stahl oder Beton gefertigt und als Einfeld- oder Mehrfeldträger ausgebildet sein. Sie werden zur Ermöglichung von Wärmedehnungen mit Hilfe von Fest- und Loslagern auf Stützen oder einer am Boden errichteten Unterkonstruktion gelagert (z. B. DE 34 04 061 C1). Dabei werden Einfeldträger an einem Ende mittels eines Festlagers und am anderen Ende mittels eines Loslagers, Zweifeldträger dagegen an den Enden mittels je eines Loslagers und in einem mittleren Bereich mittels eines Festlagers abgestützt. Träger mit mehr als zwei Feldern, wie sie z. B. im Bereich von Weichen angewendet werden, weisen zusätzlich zu den endseitigen Loslagern zwei oder mehr weitere Lager auf, die Wärmedehnungen in horizontaler Richtung zulassen, Vertikalbewe­ gungen dagegen weitgehend verhindern. Praktische Baulängen für Zweifeldträger betragen z. B. 30 m bis 60 m, für Einfeldträger etwa die Hälfte.

Träger der beschriebenen Art haben die Eigenschaft, daß sie sich unter dem Einfluß von Temperaturschwankungen verformen, insbesondere senkrecht zu ihrer Längsrichtung konvex verbiegen können. Während die Ober- und Untergurte der Träger bei gleichmäßi­ ger, gleichzeitiger Erwärmung dieselbe Temperatur annehmen und sich daher in Längs­ richtung nahezu gleichförmig ausdehnen bzw. zusammenziehen, verformen sich die Träger zum Beispiel bei Sonneneinstrahlung aufgrund der Tatsache, daß die Obergurte bei Sonneneinstrahlung schneller als die Untergurte erwärmt und daher stärker als die Untergurte ausgedehnt werden. Dabei erfolgen derartige Aufbiegungen senkrecht zu den Trägerlängsachsen bei Einfeldträgern mit einer wesentlich größeren, ca. dreimal so großen Amplitude, als dies für Zweifeld- und Mehrfeldträger gilt, da im Bereich des mittigen Festlagers praktisch keine Verformung möglich ist.

Verformungen der beschriebenen Art führen zu einer Wellung des Fahrwegs und damit zu einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts. Auch die sichere Spurführung und im Falle einer Magnetschwebebahn auch das berührungslose Schweben kann durch zu starke Verformung gefährdet sein. Zur Vermeidung dieser Probleme ist es daher üblich, ausschließlich Zwei- und Mehrfeldträger zu verwenden und die aus der erhöhten Baugröße und den größeren Gewicht resultierenden Nachteile im Hinblick auf Herstellung, Trans­ port und Montage in Kauf zu nehmen.

Zur Reduzierung der Verformung der Träger wurde bereits vorgeschlagen, auf ihre Oberseite eine wärmedämmende Abdeckung aus Polystyrol-Hartschaum und einer diesen überdeckenden Schutzschicht aus Glasfaserbeton aufzubringen. Diesbezügliche Versuche wurden jedoch eingestellt, weil für derartige Abdeckungen eine ausreichende Dauerfestig­ keit schwer zu erreichen ist. Insbesondere ergeben sich beim üblichen Betrieb eines mit derartigen Trägern hergestellten Fahrwegs aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnun­ gen des Trägermaterials im Vergleich zum Material der Abdeckungen einerseits und aufgrund der unterschiedlichen Beschichtungsarten andererseits hohe Quer- und Schub­ spannungen, die die Dauerfestigkeit beeinträchtigen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wärmedämmende Ab­ deckung vorzuschlagen, die stabil und haltbar ist und auch bei starker Sonneneinstrahlung den beim Betrieb des Fahrwegs auftretenden Belastungen standhält.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 11.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die wärmedämmenden Abdeckungen aufgrund ihrer schwimmenden Lagerung nicht zum Festigkeitsverband der Träger gehören. Dadurch werden Spannungen in der Abdeckung aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten minimiert. Für die Abdeckungen können daher auch zusätzli­ chen Zwecken dienende, aus hochwertigen Materialen bestehende Platten wie z. B. Solarzellenmodule verwendet werden. Insbesondere ergibt sich der Vorteil, daß aufgrund der wirksamen und haltbaren Wärmedämmung dauerhaft auch bei starker Sonnenein­ strahlung so geringe Temperaturdifferenzen zwischen den Ober- und Untergurten sicherge­ stellt werden können, daß sich Einfeldträger nicht mehr als entsprechend dimensionierte Zwei- oder Mehrfeldträger verformen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch je einen Einfeld- und Zweifeldträger und die bei Sonneneinstrahlung auftretenden Verformungen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stahlträger;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines aus mehreren Stahlträgern nach Fig. 2 gebildeten Fahrwegs; und

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Betonträger.

Fig. 1 zeigt grob schematisch einen Zweifeldträger 1 und zwei in ihrer Längsrichtung hintereinander angeordnete Einfeldträger 2 und 3, die zusammen etwa dieselbe Länge wie der Zweifeldträger 1 haben. Der Träger 1 ist in einem mittleren Bereich mit einem Festlager 4 und an beiden Enden mit je einem Loslager 5 gelagert. Der Träger 2 ist an dem in Fig. 1 linken Ende mit einem Loslager 6 und am anderen Ende mit einem Festlager 7 gelagert, während der Träger 3 an seinen dem Träger 2 zugewandten Ende mit einem Festlager 8 und am anderen Ende mit einem Loslager 9 gelagert ist. Die Stützen oder Unterkonstruktionen, auf denen die Lager 5 bis 9 montiert sind, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

In der nachfolgenden Beschreibung ist angenommen, daß es sich bei den Trägern 1, 2 und 3 und den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 um Träger für eine Magnetschwebe­ bahn handelt, wobei der Träger 1 z. B. eine Länge von 50 m und die Träger 2 und 3 z. B. eine Länge von je 25 m aufweisen. Die Querschnitte der Träger 1, 2 und 3 sind z. B. im wesentlichen dreieckförmig. Unabhängig davon, ob es sich um Stahl- oder Betonträger handelt, können sich die Träger 1 bis 3, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, unter starker Sonneneinstrahlung nach oben konvex aufbiegen, da sie im Bereich ihrer Obergurte 1a, 2a und 3a wesentlich schneller als im Bereich ihrer Untergurte 1b, 2b und 3b erwärmt werden. Besteht beispielsweise eine Temperaturdifferenz 25°C, können daraus Biegungs­ amplituden A₁ für den Träger 1 von ca. 3 mm und A₂ für den Träger 2 (bzw. 3) von ca. 10 mm entstehen, wobei letztere nicht tolerierbar sind.

Träger der beschriebenen Art sind allgemein bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden. Nur beispielsweise wird in diesem Zusammenhang auf die Druck­ schriften DE 34 04 061 C1, DE 39 28 277 C1 und ZEV-Glas. Ann. 105, 1981, Nr. 7/8, S. 204-215) verwiesen, die hiermit zur Vermeidung von Wiederholungen durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht werden.

Zur Vermeidung von zu hohen Temperaturdifferenzen zwischen den Ober- und Unter­ gurten sind erfindungsgemäß Träger 11 aus Stahl nach Fig. 2 und 3 und Träger 12 aus Beton nach Fig. 4 vorgesehen, wobei jeweils nur die linken Trägerhälften dargestellt sind. Die jeweils rechten Trägerhälften können spiegelsymmetrisch zu den linken Trägerhälften ausgebildet sein, und im übrigen können die Träger 11, 12 analog zu den Trägern 1 bis 3 nach Fig. 1 ausgebildet und dimensioniert sein.

Nach Fig. 2 besitzt der Träger 11 einen z. B. dreieckförmigen Querschnitt, der durch zwei schräg angeordnete Seitenteile 14 gebildet ist, die an ihrer Oberseite durch einen plattenförmigen Obergurt 15 und an ihrer Unterseite durch einen nicht gezeigten, z. B. rohrförmigen oder ebenfalls plattenförmigen Untergurt miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch Schweißen. Außerdem weist der Träger 11 an seiner oberen, außen liegenden Seite drei Funktionskomponenten auf, die in bekannter Weise z. B. aus einem Langstatorabschnitt 16 eines üblichen Langstator-Linearmotors, einer Seitenführschiene 17 und einer Gleitbahn 18 bestehen, auf der ein nicht dargestelltes Magnetschwebefahrzeug notfalls mit an ihm angebrachten Trag- bzw. Gleitkufen gleiten kann.

Während sich die Gleitbahnen 18 normalerweise stufenlos an die obere Oberfläche des Obergurts 15 des Trägers 11 anschließen, ist der Obergurt 15 bzw. ein mittlerer Obergurt­ abschnitt erfindungsgemäß unterhalb der Gleitbahnen 18 und parallel zu diesen angeord­ net, d. h. gegenüber den Gleitbahnen 18 abgesenkt. Dadurch entsteht zwischen der von den Gleitbahnen 18 gebildeten Ebene und der Oberseite des Obergurts 15 ein Hohlraum 19, der zu den Seiten hin von Stegen 20 begrenzt ist, die die Seitenteile 14 über den Obergurt 15 hinaus nach oben verlängern und an denen Leisten 21 z. B. durch Schweißen befestigt sind, deren Oberflächen die Gleitbahnen 18 bilden. An den Leisten 21 und den Stegen 20 können außerdem zur Befestigung der Langstatorabschnitte 16 und der Seiten­ führschienen 17 bestimmte Stegbleche 22 befestigt sein.

Der nach oben offene Hohlraum 18 wird durch eine wärmedämmende, witterungsbeständi­ ge Abdeckung 23 überdeckt, die eine vorzugsweise im wesentlichen bündig mit den Gleitbahnen 18 angeordnete Oberfläche aufweist und sich zweckmäßig nur über die zwischen den Gleitbahnen 18 zur Verfügung stehende Breite des Trägers 11 erstreckt, damit sie bei einem eventuellen Aufsetzen der Tragkufen auf die Gleitbahnen 18 nicht zerstört werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Abdeckung 23 aus quadratischen bzw. rechteckigen, z. B. aus einzelnen Platten bestehenden Dämmelementen 24 (vgl. auch Fig. 3) zusammengesetzt, die in Richtung einer Längsachse 25 der Träger 11 auf Stoß hintereinander angeordnet sind. Um zu vermeiden, daß die aus einem Wärmedämmstoff wie z. B. Gasbeton hergestellten Dämmelemente 24 aufgrund ihrer im Vergleich zu Stahl unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei starker Erwärmung oder Abkühlung zu großen Spannungen ausgesetzt werden, werden sie schwimmend am Träger 11 gelagert und dadurch vom Festigkeitsverband des Trägers 11 entkoppelt. Hierzu werden einerseits die parallel zur Längsachse 25 verlaufenden Seitenränder der Dämmelemente 24 mit U- förmigen Manschetten 26 aus einem elastischen, z. B. gummiartigen Material eingefaßt. Andererseits werden die Manschetten 26 zwischen einer mit der zugehörigen Leiste 21 z. B. durch Schweißen verbundenen Klemmschiene 27 und einer weiteren Klemmschiene 28 eingespannt, die z. B. durch Schrauben 29 und Muttern mit der Klemmschiene 26 fest verbunden wird. Dabei können sich die Klemmschienen 27, 28 zweckmäßig über die ganze Länge des Trägers 11 erstrecken, wie Fig. 3 zeigt.

Bei dem aus Beton hergestellten Träger 12 nach Fig. 4, in der gleiche Teile mit den­ selben Bezugszeichen wie in Fig. 2 und 3 versehen sind, eine entsprechende Abdeckung 23 vorgesehen. Zu diesem Zweck weist der durchgehend aus Beton bestehende Träger 12 einen Obergurt 31 mit einer Oberseite auf, die eine einen Hohlraum 32 bildende Ver­ tiefung aufweist, die analog zu Fig. 2 oben von der Abdeckung 23 abgedeckt und unten vom Obergurt 31 begrenzt wird. Im Gegensatz zu Fig. 2 und 3 braucht hier nur die obere Klemmschiene 28 vorgesehen werden, da diese mittels Schrauben 33 und Dübeln 34 oder dgl. direkt an seitlich auskragenden, die Leisten 21 tragenden Teilen 35 des Trägers 12 befestigt werden kann. In diesem Fall sind die Manschetten 26 zwischen einem die Teile 35 mit dem Obergurt 31 verbindenden Trägerabschnitt und den Klemmschienen 28 fest, jedoch vom Träger 12 entkoppelt eingespannt. In der Draufsicht entspricht die Anordnung nach Fig. 4 daher der in Fig. 3 gezeigten Draufsicht der Anordnung nach Fig. 2.

Die Manschetten 26 werden aus einem dauerfesten, witterungsbeständigen Material wie z. B. Naturkautschuk hergestellt. Sie können sich außerdem über die gesamte, parallel zur Längsachse 25 (Fig. 3) gemessenen Länge der Träger 11, 12 erstrecken oder aus einzel­ nen, jeweils nur eine oder mehrere Platten 24 einfassenden Stücken bestehen. Die Dicke und Elastizität des Manschettenmaterials werden so gewählt, daß sich die gewünschte schwimmende Lagerung ergibt, aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen entstehende Spannungen von den Manschetten 26 aufgenommen werden und keine temperaturbedingten Risse oder dgl. in den Dämmelementen 24 entstehen.

Die Dämmelemente 24 bestehen nach einer besonders bevorzugten und für am besten gehaltenen Ausführungsform der Erfindung aus plattenförmigen Solarzellenmodulen.

Derartige Module können z. B. aus kristallinen Silizium-Halbleiterschichten bestehen, die mit Schutzschichten aus Glas oder Kunststoff abgedeckt oder sonstwie wetterfest, aber lichtdurchlässig verkapselt sind. Alternativ können mit amorphem Silizium der dgl. gebildete Solarzellen oder auch in neuerer Zeit entwickelte Dünnschicht- bzw. Dünnfilm­ zellen angewendet werden, die auf entsprechende Trägerplatten aus Glas, Kunststoff oder einem anderen geeigneten, wärmedämmenden Material aufgesprüht werden. Hierdurch ergibt sich die Vorteil, daß die Träger 11, 12 eine neue Funktion, nämlich die Erzeugung von elektrischer Energie mit den Mitteln der Photovoltaik übernehmen. Die erzeugte elektrische Energie kann in das öffentliche Netz eingespeist oder, falls dies durch die beim Überfahren der Magnetschwebebahn auftretenden Abschattungen zu nicht tolerierbaren Stromschwankungen führt, aufbereitet und z. B. zur Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellen genutzt werden, die sich als zukünftige ökologisch vorteilhafte Antriebs­ aggregate für Automobile oder auch für die Energieversorgung der Magnetschwebebahnen selbst eignen.

Der Hohlraum 19 dient vorzugsweise als Kabelkanal, d. h. zur Aufnahme von elektrischen Leitungen und Kabeln 36, insbesondere solchen, die zum elektrischen Verbinden der ver­ schiedenen Solarzellenmodule längs des gesamten Trägers 11, 12 dienen. Außerdem können in den Hohlräumen 19 zusätzlich die längs der Trasse zwischen den Unterwerken verlegten Streckenkabel untergebracht werden, die zur Speisung der Abschnitte des Langstatormotors benötigt werden. Alternativ und zusätzlich könnten in den Hohlräumen 19 auch die Leitungen des für die Steuerung und Überwachung des Betriebsablaufs der Fahrzeuge erforderlichen Betriebsleitsystems sowie Strom- oder Telefonkabel oder dgl. von öffentlichen Netzen untergebracht werden. Letzteres bietet sich insbesondere in dicht besiedelten Gebieten an.

Die beschriebenen Träger 11 und 12 eignen sich somit zur Herstellung eines multifunktio­ nalen Fahrwegs, insbesondere für Magnetschwebebahnen, indem eine Vielzahl von Trägern in Fahrtrichtung (bzw. in Richtung der Längsachsen 25) wie in Fig. 3 angedeutet ist, hintereinander angeordnet und dabei zumindest ausgewählte, vorzugsweise alle Träger wie die beschriebenen Träger 11 und 12 ausgebildet werden. Auf diese Weise können die Hohlräume 19 über den ganzen Fahrweg erstreckte Kabelkanäle und die Solarzellenmodule ein über den gesamten Fahrweg erstrecktes, photovoltaisches Kraftwerk bilden. Dadurch werden einerseits zusätzliche Kosten für im Erdreich anzulegende Kabelkanäle eingespart, andererseits Erlöse aus der Nutzung von Solarstrom erzielt.

Die beschriebenen Träger 11, 12 und die daraus herstellbaren Fahrwege bringen neben der Multifunktionalität vor allem den Vorteil einer wirksamen und haltbaren Wärmedämmung für die Obergurte 15, 31 der Träger 11, 12 mit sich. Durch geeignete Wahl des Materials und der Dicke der Dämmelemente 24 können die Temperaturdifferenzen zwischen den Ober- und Untergurten der Träger 11, 12 auch bei starker Sonneneinstrahlung klein gehalten werden. Dadurch lassen sich die anhand der Fig. 1 erläuterten Verformungen so stark reduzieren, daß sich die Einfeldträger 2, 3 nicht stärker als die Zweifeldträger 1 verformen. Daher können alternativ zur bisherigen Praxis für Fahrwege der hier inter­ essierenden Art überwiegend im Gewicht und in der Größe reduzierte Einfeldträger verwendet werden, wodurch sich hinsichtlich Produktion, Transport und Montage erhebliche Vereinfachungen und Kosteneinsparungen erzielen lassen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die in vielfacher Weise abgewandelt werden können. Insbesondere ist die Erfindung auch auf andere als die dargestellten Träger und Trägerquerschnitte sowie anders gestaltete Obergurte anwendbar. Insbesondere wäre es möglich, die Oberflächen der Obergurte 15, 31 in einer Ebene mit den Gleitbahnen 18 und die Abdeckungen 23 unter Bildung der Hohlräume 19 ausreichend weit oberhalb der Gleitbahnen 18 anzuordnen, sofern die Höhe der u. U. auf diesen aufsetzenden Tragkufen dies zuläßt. Weiterhin kann die beschriebene schwimmende Lagerung mittels der Manschetten 26 auch durch andere geeignete Mittel sichergestellt werden, wobei auch die plattenförmigen Dämmelemente 24 durch andere geeignete Mittel zur Wärmeisolierung ersetzbar sind, beispielsweise durch mit losem Wärmedämmstoff gefüllte Kassetten. Dabei ist klar, daß es sich auch um Träger für die Fahrwege von anderen als Magnetschwebefahrzeugen handeln kann. Schließlich versteht sich, daß die einzelnen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen angewendet werden können.

Claims (13)

1. Träger zur Herstellung eines Fahrwegs für spurgebundene Fahrzeuge, insbesondere einer Magnetschwebebahn, mit einer auf seiner Oberseite angebrachten, wärmedämmen­ den Abdeckung (23), dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (23) schwimmend gelagert ist.

2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (23) aus einer Mehrzahl von Dämmelementen (24) gebildet ist, die jeweils für sich schwimmend gelagert sind.

3. Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmelemente (24) mit Manschetten (26) aus einem elastischen Material an seiner Oberfläche befestigt sind.

4. Träger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschetten (26) aus einem gummiartigen Material bestehen.

5. Träger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschetten (26) mit Hilfe von Klemmschienen (27) an der Trägeroberseite befestigt sind.

6. Träger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämm­ elemente (24) zumindest teilweise mit photovoltaischen Solarzellen versehen sind.

7. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Abdeckung (23) ein in Fahrtrichtung durchgehender Hohlraum (19) vorgesehen ist.

8. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner Oberseite mit seitlich angebrachten Funktionskomponenten in Form von Gleitbahnen (18) versehen und die Abdeckung (23) zwischen den Gleitbahnen (18) angeordnet ist.

9. Träger aus Stahl nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zwischen den Gleitbahnen (18) angeordneten, einen Boden des Hohlraums (19) bildenden Obergurt (15) aufweist.

10. Träger aus Beton nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sein Obergurt (31) zwischen den Gleitbahnen (18) eine zur Bildung des Hohlraums (19) bestimmte Vertiefung aufweist.

11. Fahrweg für spurgebundene Fahrzeuge, insbesondere einer Magnetschwebebahn, mit einer Vielzahl von in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Trägern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ausgewählte Träger (11, 12) nach einem oder mehreren der Anspräche 1 bis 10 ausgebildet sind.

12. Fahrweg nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Träger (11, 12) als Einfeldträger ausgebildet sind.

13. Fahrweg nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (19) zur Aufnahme von Leitungen und Kabeln (36) genutzt ist.