DE3902949A1 - Fahrwegtraeger fuer magnetbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Fahrwegträger für Magnetbahnen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Angaben zur Gattung

Seit etwa 15 Jahren wird in der Bundesrepublik Deutschland eine Magnetbahn entwickelt, die Geschwindigkeiten bis zu 500 km/h erreichen soll. Die Fahrzeuge fahren dabei auf Fahrwegträgern, die auf Stützen und/oder Fundamenten aufliegen.

Die Fahrwegträger müssen sicherstellen, daß alle beim Fahrbetrieb auftretenden Lasten aufgenommen und sicher in die Unterbauten und den Baugrund abgeleitet werden können.

Wegen der hohen Fahrgeschwindigkeiten und der Anforderungen an den Fahrkomfort müssen die Fahrwegträger der vorgegebenen Streckenführung in Trassierung und Gradiente sehr genau folgen. Dies gilt insbesondere für die Lagegenauigkeit der Funktionsflächen und -komponenten, die an den Fahrwegträgern für den Fahrbetrieb erforderlich sind.

Stand der Tecknik

Die bisher bekannten Fahrwegträger sind reine Stahlträger oder Spannbetonträger. Sie wurden auf verschiedenen Versuchs- und Demonstrationsstrecken erprobt, wie z. B. bei der Tansrapid Versuchsanlage Emsland (TVE) und bei der Internationalen Verkehrsausstellung 1979 in Hamburg. In zahlreichen Veröffentlichungen wurde bereits über diese Fahrwegkonstruktion berichtet.

Die Fahrwegträger benötigen für den Magnetbahnbetrieb Funktionsflächen und -komponenten:

• - Seitenführschienen, deren Abstand die Spurweite bildet,
• - Gleitebenen für das Absetzen der Fahrzeuge und
• - Konstruktionsteile für die Befestigung der Statoren von Linearmotoren, mit deren Hilfe die Magnetwirkung erzeugt wird.

Für die Fahrwegträger in Stahlbauweise sind zwei grundlegend verschiedene Ausführungen bekannt. Bei der einen, älteren Lösung werden die Funktionskomponenten mittels Schrauben mit den Stahlfahrwegträgern verbunden. Bei der zweiten Lösung sind die Funktionskomponenten direkter Bestandteil der geschweißten Stahlfahrwegträger.

Die bekannten Fahrwegträger in Betonbauweise bestehen aus Spannbetonträgern, in die Stahlankerkörper zum Abschluß der Statoren einbetoniert sind. Die stählernen Seitenführschienen werden in einem getrennten Arbeitsgang nach Herstellung der Spannbetonträger angebracht.

Kritik des Standes der Technik

Bei den für die Transrapid Versuchsanlage Emsland gebauten Spannbetonträgern zeigte sich, daß die Befestigung der stählernen Seitenführschienen an die Spannbetonträger sehr kostenaufwendig ist und bezüglich der Dauerhaftigkeit der Verbindung schwerwiegende technische Probleme auftreten. Dies gilt gleichermaßen für die Ausbildung und Funktionsfähigkeit der Gleitebenen.

Die Stahlträgerlösung mit den angeschraubten Funktionskomponenten erfordert für die Herstellung und den Korrosionsschutz hohe Aufwendungen. Die vollgeschweißte Stahlträgerlösung ist zwar günstiger, aber auch dabei kann die erforderliche Lagengenauigkeit der Funktionskomponenten nur mit kostenintensiven Maßnahmen in der Fertigung erzielt werden, wie im übrigen bei den Spannbetonträgern auch. Ein wesentlicher Grund für die erforderlichen Maßnahmen in der Fertigung sind neben den unvermeidlichen Fertigungstoleranzen die Dickentoleranzen aus der Herstellung der stählernen Seitenführschienen im Walzwerk. Diese Dickentoleranzen liegen bereits in der Größenordnung, die für die fertigen Fahrwegträgerkonstruktionen zulässig sind und müssen daher durch das Herstellungsverfahren eliminiert werden.

Ein weiterer, wesentlicher Punkt für die Auslegung des Fahrwegträgers sind die Einhaltung der Sollform und die Verformungen infolge Verkehrslasten und infolge unterschiedlicher Temperaturverteilung in den Trägern, wie z. B. durch Sonneneinstrahlung. Der Versuchsbetrieb im Emsland hat belegt, daß die Verformungen wegen der hohen Fahrgeschwindigkeiten und wegen des Fahrkomforts auf ein Minimum beschränkt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrwegträger zu entwickeln, der günstige Eigenschaften für das Trag- und Verformungsverhalten sowie für die möglichst wartungsfreie Dauerhaftigkeit besitzt und bei dem die Sollform durch die Art der Konstruktion und in einem wirtschaftlichen Herstellungsvorgang mit ausreichender Genauigkeit erzielt werden kann.

Lösung

Siehe kennzeichnende Teile der Ansprüche 1 bis 5

Erzielbare Vorteile Anspruch 1

Durch die schubfeste Verbindung der Stahlkonstruktion mit Stahlbeton oder Spannbeton entstehen Verbundträger, die gegenüber Stahlträgern eine höhere Steifigkeit haben, was die Verformung infolge Verkehrslasten verringert. Die Verformungen infolge unterschiedlicher Temperaturverteilung in den Trägern (z. B. durch Sonneneinstrahlung) sind ebenfalls geringer, da der Beton eine gleichmäßigere Temperaturverteilung bewirkt.

Das Anschweißen der Seitenführschienen an die Stahlkonstruktionen der Träger stellt eine sichere Verbindung mit langer Lebensdauer dar. Darüber hinaus können die Stahlkonstruktionen einzeln vorgefertigt werden und als Schalung bzw. Schalungshilfen beim Betonieren eingesetzt werden. Die Walztoleranzen der stählernen Seitenführschienen können damit eliminiert werden und die Sollform der Fahrwegträger kann, wenn man einstellbare Vorrichtungen mit seitlichen Anschlägen benutzt, mit geringem Aufwand sicher erzielt werden.

Darüber hinaus haben die Verbundträger ein geringeres Gewicht als Spannbetonträger. Daraus ergeben sich Vorteile für die Herstellung, die Ausrüstung mit Statoren und den Montagevorgang auf der Baustelle, da die Kapazitäten der Transportmittel und Hebegeräte entsprechend kleiner ausgelegt werden können.

Anspruch 2

Die Verwendung von Stahlnadeln anstelle von Bewehrungsstäben oder Baustahlgewebematten ermöglicht besonders im Bereich schwer zugänglicher Stellen eine einfache und sichere Methode zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Betons. Schwer zugängliche Stellen liegen z. B. bei den Seitenführungsschienen und Gleitebenen (am Obergurt) und im Bereich des Untergurtes.

Anspruch 3

Mit dem Einbau von Spanngliedern in den Beton kann durch nachträgliches Anspannen die Sollform der Träger erzielt werden, wenn sie beim Herstellungsvorgang nicht genau erreicht wurde.

Anspruch 4

Die Verwendung von Betonfertigteilen bietet den Vorteil, daß sie völlig getrennt von der übrigen Trägerkonstruktion hergestellt werden können und nach einer vorübergehenden Lagerung die Verkürzungen infolge Schwinden bereits erfolgt sind, was anderenfalls planmäßige Verformungen der Fahrwegträger bewirken würde. Durch Betonfertigteile können auch die maximalen Transport- und Hebegewichte reduziert werden.

Anspruch 5

Durch die Verbindung von zwei oder mehreren Fahrwegträgern können Durchlaufträger erzeugt werden. (Anmerkung: Durchlaufträger nennt man Träger, die in Längsrichtung mehr als zwei Auflagerstellen haben.) Bei Durchlaufträgern sind die Verformungen infolge Verkehrslasten und infolge unterschiedlicher Temperaturverteilung wesentlich geringer als bei Einfeldträgern. Rechnerische Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verbindung der Betonteile zur Erzielung der Durchlaufwirkung nicht erforderlich ist und die Verbindung der Stahlteile durch Verschweißen oder Verschrauben ausreicht.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen Vorgehensweise können Durchlaufträger erzeugt werden, die Gewichte der Einzelträger bleiben aber unter den heute wirtschaftlich machbaren Grenzen für Transport und Montage auf der Baustelle.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1: Verbundfahrwegträger (Querschnitt) mit Betonplatte am Obergurt und/oder Betonkonstruktion am Untergurt

Fig. 2: Verbundfahrwegträger wie nach Fig. 1 mit alternativer Ausbildung im Bereich der Gleitebenen und Seitenführschienen (hier ohne Betonkonstruktion am Untergurt)

Fig. 3: Prinzipdarstellung des Herstellungsvorganges

Fig. 4: Verbundfahrwegträger (Querschnitt) mit durchgehendem Deckblech

In Fig. 1 ist der Querschnitt eines Verbundträgers dargestellt. Die Seitenführschienen (5) sind fest mit der übrigen Stahlkonstruktion (3) verschweißt. Damit ist die genaue Einhaltung der Spurweite in einer besonders dauerhaften Verbindung gewährleistet. Die Betonplatte (1) am Obergurt und der Betonkörper (1) am Untergurt sind mit Hilfe von Verbundmitteln (4) schubfest mit der Stahlkonstruktion (3) verbunden. Dadurch entsteht eine sehr tragfähige Verbundträgerkonstruktion. Die Spannglieder (2) können zur Erhöhung der Tragfähigkeit, zur Verringerung der Durchbiegungen infolge Kriechen des Betons und zur nachträglichen Korrektur der Trägerform verwendet werden. Als Gleitebenen (6) dienen Stahlbleche, deren Abstandhalter (8) gleichzeitig als Verbundmittel dienen.

Mit der Anordnung von Beton am Ober- und Untergurt können die zeitabhängigen Durchbiegungen infolge Schwinden des Betons nahezu gänzlich eliminiert werden. Eine Ausführung ohne Betonkörper am Untergurt ist aber auch möglich. Dann muß der Träger bei der Herstellung mit entsprechender Überhöhung gebaut werden. Bis zur Inbetriebnahme ist dann die Überhöhung durch das Schwinden des Betons weitgehend abgebaut.

In Fig. 2 ist eine Verbundträgerkonstruktion dargestellt, die sich von der in Fig. 1 dargestellten nur im Bereich der Funktionskomponenten unterscheidet. Dabei wird jeweils am oberen Ende der Seitenführschienen (5) senkrecht dazu ein Blech angeschweißt, welches zur Lastabtragung dient und die Gleitebene (5) enthält. Diese konstruktive Ausbildung ist im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit günstiger als die in Fig. 2 dargestellte Lösung. Wegen der beengten Platzverhältnisse kann insbesondere der Einsatz von Beton sinnvoll sein, der nicht mit Bewehrungsstäben oder Baustahlgewebematten sondern mit Stahlnadeln bewehrt wird.

Fig. 3 verdeutlicht die Vorteile, die die Verbundträgerkonstruktion für die Herstellung bietet. Die Herstellung erfolgt in um 180° gedrehter Lage und in einstellbaren Vorrichtungen (9), mit denen die Sollform vorgegeben werden kann. Da die Seitenführschienen Bestandteil von zwei getrennten Stahlkonstruktionen sind, können diese an den seitlichen Anschlägen der Vorrichtungen fixiert werden. Damit werden die unvermeidlichen Dickentoleranzen der Seitenführschienen aus dem Walzvorgang eliminiert und die Einhaltung der Spurweite gewährleistet.

Für das anschließende Betonieren der Betonplatte dienen die einstellbaren Vorrichtungen und die Stahlkonstruktionen als Schalung. Die restliche, wannenartige Stahlkonstruktion wird in getrennten Vorrichtungen gefertigt. Sie kann an die mit der Betonplatte verbundenen Stahlkonstruktionen mit den Seitenführschienen ohne Schwierigkeiten angeschweißt werden, da hierfür nur die üblichen Toleranzen des Stahlbaus einzuhalten sind.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Querschnitt eines Verbundfahrwegträgers sind die beiden Seitenführungschienen (5) an ein durchgehendes Deckblech angeschweißt. Die Eliminierung der Dickentoleranzen der Seitenführschienen wird wie man sofort in Fig. 4 erkennt, durch die Art der Verbindung und die Lage der Schweißnähte gewährleistet. Das Betonieren des Betonkörpers kann man dann mit den üblichen baupraktischen Verfahren erfolgen, wobei die Stahlkonstruktion teilweise als Schalung dient. Bei der Lösung gemäß Fig. 4 sind die Funktionskomponenten bzw. -flächen integraler Bestandteil einer durchgehenden Stahlkonstruktion. Dies bietet auch erhebliche Vorteile für die Dauerhaftigkeit der Fahrwegträger, wenn man bedenkt, daß die Träger beim späteren Fahrbetrieb jahrzehntelang allen Witterungseinflüssen ausgesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1 Beton
2 Spannglied
3 Stahlkonstruktion
4 Verbundmittel
5 Seitenführschiene
6 Gleitebene
7 Stahlschott
8 Abstandhalter
9 Einstellbare Vorrichtungen

Claims (5)

1. Fahrwegträger für Magnetbahnen, an denen die Statoren von Linearmotoren befestigt werden können und, die die Übernahme aller Lasten sicherstellen, insbesondere infolge Tragen, Führen, Antreiben, Bremsen und Absetzen der Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrwegträger aus Stahlkonstruktionen bestehen, die mit Stahlbeton oder Spannbeton durch Verbundmittel schubfest zu Verbundträgern verbunden sind, und daß die Seitenführschienen der Fahrwegträger an die Stahlkonstruktionen angeschweißt sind.

2. Fahrwegträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton zur Erhöhung der Zugfestigkeit anstelle der üblichen Stahlbewehrungsstäbe oder Baustahlgewebematten ganz oder teilweise eine Bewehrung durch Stahlnadeln erhält.

3. Fahrwegträger nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Beton Spannglieder eingebaut werden, die nach Herstellung der Fahrwegträger die Korrektur der Form im Hinblick auf die erforderliche Gradiente ermöglichen.

4. Fahrwegträger nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Betonfertigteile mit einbetonierten Stahlteilen oder Aussparungen verwendet werden, so daß durch Schweißen, Schrauben oder Verguß mit Vergußmörtel die schubfeste Verbindung mit den übrigen Trägerkonstruktionen hergestellt werden kann.

5. Fahrwegträger nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere vorgefertigte Fahrwegträger durch Verschweißen oder Verschrauben der Stahlkonstruktion verbunden werden und damit eine durchlaufende Tragwirkung entsteht, die auch zur Verringerung der Verformung infolge Verkehrslasten und infolge unterschiedlicher Temperaturverteilung führt.