DE4111088A1 - Eisenbahnoberbau - Google Patents
EisenbahnoberbauInfo
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Description
Zur Steigerung der Durchschnittsgeschwindigkeit des
schienengebundenen Verkehrs für Personen als auch Güter
sind neben entsprechenden Sicherheitssystemen zwei
wesentliche Voraussetzungen erforderlich. So muß das
rollende Material für die hohen Geschwindigkeiten geeignet
sein, d. h. entsprechende Stabilität und ruhigen Lauf in
den geraden Strecken aufweisen und auch ermöglichen, daß
eine entsprechende Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten
in Kurven gegeben ist. Die weitere Voraussetzung ist, daß
die Zugmaschinen ihre Traktionskräfte auf die Schienen und
damit die gesamte Gleiskonstruktion aufbringen können.
Wie den obigen Ausführungen zu entnehmen, werden mit
zunehmend höheren Geschwindigkeiten höhere kinetische
Kräfte auf den Gleisbau aufgebracht, da die Energie mit
dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt. Eine Möglichkeit
der günstigen Energieaufnahme besteht in dem sogenannten
schotterlosen Oberbau, wobei eine derartige Konstruktion
aufgrund des relativ hohen Aufwandes nur an bevorzugten
Strecken, wie beispielsweise in Tunnels - wegen der
niedrigen Bauhöhe - Haltestellenbereiche sowie Bereiche,
die Wohngebieten benachbart sind, als auch Strecken mit
hoher Zugdichte und Hochleistungsstrecken, vorgesehen
sind. Auf den übrigen Strecken wird dem Oberbau mit einem
Schotterbett der Vorzug gegeben, wobei zur Anpassung
dieses Gleisoberbaues an die höheren Geschwindigkeiten im
wesentlichen nur zwei Konstruktionselemente, wenn man von
der Schiene absieht, zur konstruktiven Änderung vorliegen,
u. zw. einerseits das Schotterbett und andererseits die
Schwellen samt Schienenbefestigungsmittel. Beim
Schotterbett besteht die Möglichkeit der Modifikation der
einzelnen Schotterkörner, wie beispielsweise vollflächige
Umhüllung, um die Schallemission zu vermindern, aber
gleichzeitig die Stopffähigkeit mit den bekannten
Stopfmaschinen zu erhalten u. dgl. Bei den Schwellen, die
von ihrem wesentlichen Ursprung her aus massivem
Eichenholz erzeugt wurden und das gegen mikrobiologischen
Einfluß mit Teeren u. dgl. imprägniert wurde, so daß die
umweltschonende Entsorgung besonders schwierig ist,
erfolgte die Substitution durch Stahl, geschäumten
Kunststoff und Beton, insbesondere Spannbeton.
Stahl verfügt über eine besonders hohe Schalleitfähigkeit,
so daß bereits aus diesem Grund die Einsatzfähigkeit der
Stahlschwellen eingeschränkt ist. Kunststoffschwellen
können zwar in mechanischer Sicht isotrope Eigenschaften
aufweisen, wobei gleichzeitig das Schalleitvermögen
geringer als bei Stahlschwellen ist, jedoch ist
insbesondere der sichere Halt der Schienenbefestigungsmittel
in der Schwelle bei geschäumten
Kunststoffen aufgrund des geringen Widerstandes gegen
Weiterreißen problematisch. Die Schwellen, insbesondere
Querschwellen, welche beim Gleisoberbau mit einem
Schotterbett zusehends mehr zum Einsatz gelangen, sind die
Schwellen, welche mit Beton aufgebaut sind. Da die
Betonschwellen eine größere Härte als beispielsweise die
Holzschwellen aufweisen, ist der Querverschiebewiderstand
am Schotterbett geringer als beispielsweise von Schwellen,
die eine geringere Härte bzw. einen geringeren Widerstand
gegen Eindrücken aufweisen als die Schotterkörner selbst,
da in diesem Falle die Schotterkörner sich in der
Oberfläche der Schwellen "einkrallen" können. Bei
geringeren Querverschubkräften kann beispielsweise durch
Beschichtungen der Betonschwellen eine Erhöhung des
Querverschiebewiderstandes erreicht werden, wobei
gleichzeitig sowohl eine Dämmung der mechanischen Stöße
als auch der Schallemissionen erreicht werden kann. Werden
höhere Kräfte auf die Schiene und von der Schiene auf die
Schwelle und von der Schwelle auf das Schotterbett
übertragen, so ist es zur Reduzierung der Wartungsarbeiten
zweckführend, den Querverschiebewiderstand der Schwellen
zu erhöhen.
Um den zeitlichen Abstand von Wartungsarbeiten bei
Eisenbahnoberbauten zu vergrößern, ist es weiters
erforderlich, eine Umlagerung der Schotterkörner des
Schotterbettes möglichst zu vermeiden.
Die höchste Beanspruchung von Schwellen liegt in Kurven
vor, wobei bei Holzschwellen die Stellen der höchsten
Beanspruchung bei den Schienenschrauben liegt, wohingegen
bei Betonschwellen, bezogen auf die Kraftaufnahmefähigkeit,
die größten Schwachstellen im mittigen
Bereich, u. zw. aufgrund der Biegebeanspruchungen,
vorliegen, so daß selbst bei vorgespannten
Betonkonstruktionsteilen die im Betrieb aufgebrachten
Zugkräfte, die durch die Vorspannung aufgebrachten
Druckkräfte übersteigen, so daß nach längerem Betrieb
mittige Risse auftreten können.
Zur Erhöhung des Widerstandes gegen Querverschubkräfte
sind sogenannte Ankerplatten oder Distanzstücke, die in
das Schotterbett reichen, hinläufig bekannt. Derartige
Ankerplatten werden gemäß der AT PS 3 06 075 und
DE OS 38 39 998 mittig vorgesehen. Bei der letzteren
Konstruktion wird die Ankerplatte in mittig vorgesehenen
nutenförmigen Aufnehmungen eingelegt.
Es ist weiters bekannt, derartige Ankerplatten an die
Enden von Schwellen anzuordnen.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen
Gleisoberbau mit einem Schotterbett zu schaffen, in dem
Betonschwellen ruhen und das geringere Wartungsarbeiten
erforderlich macht. Insbesondere bei dem die Zugkräfte im
mittigen Bereich der Betonschwellen die dort vorhandenen
Druckkräfte nicht übersteigen, wobei gleichzeitig eine
besonders hohe Kraftübertragung zwischen Schotterbett und
Betonschwelle erreicht werden kann, um die
Aufnahmefähigkeit gegen Querverschubkräfte zu erhöhen.
Weiters sollen die Stopfarbeiten nicht behindert werden.
Der erfindungsgemäße Eisenbahnoberbau mit einem
Schotterbett, darin angeordneten Querschwellen, die mit
Beton, insbesondere Spannbeton, aufgebaut sind, welche
mittig einen geringeren Querschnitt als im Bereich der
Auflagerung der Schienen aufweisen, mit etwa
nutenförmigen, insbesondere zum Untergrund weisenden,
Ausnehmungen, deren größte Quererstreckung bevorzugt etwa
parallel zu der Schienenlängsrichtung verlaufen und welche
einstückig mit dem Körper der Querschwelle ausgebildet
sind, besteht im wesentlichen darin, daß die Ausnehmungen
im Bereich der Auflagerung der Schienen, insbesondere in
den jeweiligen äußeren zwei Fünftel bis Drittel der
Querschwellen, vorgesehen sind und lediglich durch
Schotterkörner beaufschlagt sind. Durch die in etwa
nutenförmigen Ausnehmungen an den jeweils äußeren
Bereichen der Schwelle, tritt eine Einleitung der Kräfte,
welche einen Querverschub der Schwellen verursachen
würden, im Bereich der unmittelbaren größten
Kraftbeaufschlagung auf, wobei gleichzeitig durch den
höheren Querschnitt der Schwellen ein geringeres Einfedern
derselben, insbesondere Einfedern in das Schotterbett,
gewährleisten. Mit der größten Quererstreckung in
Schienenlängsrichtung kann der Widerstand gegen den
Querverschub besonders wirksam erreicht werden, da sodann
die Kraftübertragung entlang einer Fläche, die in etwa
normal zur Querverschubsrichtung ist, durchgeführt werden
kann. Dadurch, daß die Ausnehmungen lediglich durch
Schotterkörner beaufschlagt sind und der gegenseitige
Verbund zwischen den einzelnen Querschwellen durch die
Schienen verursacht wird, ist es nicht erforderlich,
Querstreben, Anker od. dgl. vorzusehen, die einerseits,
selbst bei trapezförmiger Ausbildung, wodurch beim
Einsetzen ein Ausgleich der unterschiedlichen Abstände der
Querschienen untereinander erreicht werden soll, wobei
dieser Ausgleich lediglich durch Absinken der Platten in
das Schotterbett erreicht werden kann, welcher, selbst
wenn die Montage exakt durchgeführt ist, durch
Umlagerungen der Schotterkörner wieder aufgehoben wird.
Derartige Ankerplatten wirken, insbesondere wenn sie im
mittigen Bereich der Schwellen angreifen, wie Auflager bei
einem Hebel, so daß dort bevorzugt Querrisse auftreten.
Sind die Ausnehmungen an den benachbarten Seitenflächen
der Querschwellen in Schienenlängsrichtung einander
gegenüberliegend angeordnet, so kann eine besonders
günstige Verankerung des Schotters in der Querschwelle
erreicht werden, wobei gleichzeitig eine besonders hohe
Anzahl von Ausnehmungen gleicher Tiefe entlang der
Schwellen realisierbar ist.
Weisen die Seitenflächen der Querschwellen und damit auch
die Ausnehmungen eine Steigung von zumindest etwa 1 : 10
auf, so kann einerseits eine besonders geringe Umlagerung
der Schotterkörner im Schotterbett erreicht werden, wobei
gleichzeitig noch eine günstige Fertigung der Schwellen,
u. zw. insbesondere bei der Ausformung derselben,
realisierbar ist, so daß noch möglichst glatte
Querflächen, die nicht zusätzlichen Anlaß zur Umlagerung
der Körner geben, gewährleistet sind.
Ist die Querschnittsfläche im Bereich zweier
gegenüberliegender Ausnehmungen größer als diese des
mittigen Bereiches der Querschwelle, so ist eine besonders
günstige Verteilung der von der Schiene in die Schwelle
und in das Schotterbett eingeleiteten Kräfte vorhanden.
Weisen die Querschwellen an zumindest einer Fläche, die
zum Untergrund weist, Ausnehmungen auf, so ist zusätzlich
zu dem Widerstand der durch die Ausnehmungen an den
Seitenflächen verursacht wird, ein Widerstand gegen
Querverschub durch diese Ausnehmungen bedingt, wobei im
wesentlichen keine Vergrößerung des Querschnittes der
Schwellen und damit einer größeren Masse der Schwellen
erforderlich ist.
Sind die Ausnehmungen an zum Untergrund weisenden Flächen
lediglich in den beiden äußeren Dritteln der Schwelle
vorgesehen, so kann der Querschnitt im mittleren Bereich
und damit die Auflagefläche der Querschwellen in diesem
Bereich besonders gering gehalten werden, so daß der
Widerstand gegen Einfederungen im mittleren Bereich gering
gehalten werden kann.
Sind die Aufliegeflächen der Querschwellen auf dem
Schotterbett im Bereich der Schienen, insbesondere im
jeweiligen äußeren Drittel größer als im mittigen Bereich,
insbesondere im mittleren Drittel der Querschwellen, so
wird dadurch der ganz wesentliche Effekt erreicht, daß der
Widerstand gegen das Einfedern in das Schotterbett in
jeweils äußeren Bereichen größer ist, da eine größere
Fläche zum Angriff auf das Schotterbett vorliegt und im
mittleren Bereich ein geringerer Widerstand vorliegt, so
daß die Schwelle in diesem Bereich leichter einfedern
kann, wodurch Biegebeanspruchungen in diesem Bereich
unüblich kleingehalten werden können, so daß die
hinlänglich bekannten Rißbildungen in der Mitte der
Schwelle nicht oder wesentlich später als bei
herkömmlichen Schwellen auftreten.
Sind die Ausnehmungen zwischen Auflager für die Schiene
und Querschwellenende vorgesehen, so kann eine besonders
günstige Kraftaufnahme bei resultierenden Kräften aus der
in Schienenrichtung und in Schienenquerrichtung wirkenden
Kräften erreicht werden.
Eine vorteilhafte Dimensionierung der Querschwellen im
Bereich der Auflagerung der Schienen ergibt sich dann,
wenn, in Schienenlängsrichtung gesehen, bei den
Schienenbefestigungsmitteln, z. B. Schienenschrauben,
Vorsprünge an den Querschwellen vorgesehen sind.
Durch die im wesentlichen glatte Ausbildung des mittigen
Bereiches der Schwellen, d. h. kein Vorsehen von
Ausnehmungen od. dgl., werden jede Art von vorgegebenen
Bruchstellen vermieden, wobei besonders in diesem Bereich
eine im wesentlichen stetige Dickenänderung ebenfalls zur
Vermeidung von bevorzugten Bruchstellen beiträgt.
Ist der Quotient gebildet durch die Auflagefläche des
äußeren Teiles mit Ausnehmungen der Querschwelle durch die
Länge desselben größer als jener des inneren Teiles der
entsprechenden Größen, beträgt insbesondere das Verhältnis
zueinander 2 : 1 bis 3 : 2, so wird den unterschiedlichen
komplexen Gegebenheiten bei der Einfederung einer
Querschwelle im Schotterbett und auch der
Kräfteübertragung innerhalb der Schwelle und damit
insbesondere den Biegebeanspruchungen besonders
vorteilhaft Rechnung getragen, da der Widerstand gegen das
Einfedern im Schotterbett durch elastisches Ausweichen
desselben besonders günstig minimiert wird, wobei die
entsprechende Kräfteübertragung durch die äußeren Teile,
in welchen gleichzeitig der Widerstand gegen den
Querverschub erreicht werden soll, verwirklich ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 die Hälfte einer Querschwelle in der Seitenansicht
und
Fig. 2 die Sicht der Hälfte einer Querschwelle von oben.
In den Fig. 1 und 2 ist die Hälfte einer Schwelle 1 aus
Beton dargestellt, in der Spannglieder 2 aus Stahl
angeordnet sind. Die Schienen weisen im mittleren Bereich,
insbesondere mittlerem Drittel, eine glatt ausgebildete
Taillierung ohne Ausnehmung auf, so daß die
Auflageflächen am Schotterbett im mittleren Bereich
geringer sind, als in den jeweiligen äußeren Dritteln, in
welchen die Schienen 3 auflagern. Die Schiene ist über
Schienenschrauben 4, Klemmen 5 und Winkelführungsplatten 6
mit der Querschwelle 1 verbunden. Zwischen Schienenfuß und
Betonschwelle ist eine körperschalldämmende Platte 7
angeordnet. Obwohl nicht dargestellt, sind üblicherweise
die Schienenschrauben nicht direkt im Beton, sondern über
in dem Beton angeordneten Dübeln aus Kunststoff in
demselben verankert. Das äußere Drittel der Schwellen
weist an ihren Seitenflächen nutenförmige Ausnehmungen 8
auf. Diese Ausnehmungen weisen in Schienenlängsrichtung
gesehen ihre größte Quererstreckung auf. Die Breite ist
derart, daß zumindest ein Schotterkorn am Grund der
Ausnehmung anliegen kann, womit eine besonders gute
Verankerung im Schotterbett erreichbar ist.
Wie besonders deutlich in Fig. 2 dargestellt, kann die
Ausnehmung 8 unmittelbar neben der Schiene, wie auf der
linken Seite dargestellt, angeordnet sein. Die
Ausnehmungen sind weiters in Schienenlängsrichtung gesehen
einander gegenüberliegend. Die Steigung der Seitenflächen
der Querschwellen und damit auch die der Ausnehmungen
beträgt zumindest 1 : 10. Die Ausnehmungen 8 werden bei
Fertigung der Querschwellen gleichzeitig geformt.
Weiters können, wie besonders deutlich in Fig. 1
ersichtlich, an der zum Untergrund weisenden Fläche der
Querschwelle zusätzlich Ausnehmungen 11 in den äußeren
Dritteln im Bereich der Auflagerung der Schienen
vorgesehen sein, die ebenfalls den Querverschiebewiderstand
erhöhen.
Die in der Zeichnung dargestellte Querschwelle ist die
verkleinerte Wiedergabe einer Schwelle, so daß die
Verhältnisse von Länge zu Breite und Höhe den realen
Gegebenheiten entsprechen. Der Bereich der Auflagerung der
Schienen kann durch den im wesentlichen in Draufsicht
rechteckigen Bereich der Schwellen definiert werden, der
mit Ausnehmungen versehen ist, wohingegen der mittlere
Bereich durch ihren Übergang zwischen dem rechteckigen
Bereich und dem Bereich mit geringerer Auflagefläche
definiert sein kann. Im vorliegenden Fall ist der Quotient
der Fläche durch entsprechende Länge im äußeren Bereich
3,0 und im inneren Bereich 1,86. Durch Abänderung der
Auflageflächen bzw. der Längen des mittleren Bereiches
bzw. der äußeren Bereiche kann eine Variation des
Verhältnisses der Quotienten vom äußeren zum mittleren
Bereich, beispielsweise in den Grenzen 2 : 1 bis 3 : 2,
gebildet sein.
Es hat sich nun gezeigt, daß derartige Querschwellen, die
keine gegenseitige Abstützung im äußeren und mittleren
Bereich aufweisen, eine wesentlich größere Standfestigkeit
gegen Querrisse im mittleren Bereich aufweisen als
Schwellen, die eine gegenseitige Abstützung, insbesondere
im mittleren Bereich, besitzen. Der Widerstand gegen die
Querverschubkräfte kann zwar geringer als bei der
Verwendung von Ankerplatten sein, jedoch können die
mechanischen Stopfarbeiten besonders leicht und mit
geringem Zeitaufwand durchgeführt werden. So hat sich
herausgestellt, daß in einem Kurvenbereich auf einem
Betriebsgelände eine wesentliche Erhöhung der
Gleisstabilität erreicht und die Biegebeanspruchung
wesentlich herabgesetzt werden konnte, woraus eine erhöhte
Lebensdauer resultiert.
Claims (11)
1. Eisenbahnoberbau mit einem Schotterbett, darin
angeordneten Querschwellen (1), welche mit Beton,
insbesondere Spannbeton, aufgebaut sind, welche mittig
einen geringeren Querschnitt, als im Bereich der
Auflagerung der Schienen (3) aufweisen, mit etwa
nutenförmigen, insbesondere zum Untergrund weisenden
Ausnehmungen an den Seitenflächen der Querschwellen, deren
größte Quererstreckung bevorzugt etwa parallel zu den
Schienen verlaufen und welche einstückig mit dem Körper
der Querschwellen (1) ausgebildet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (8) im Bereich der
Auflagerung der Schienen (3) auf den Querschwellen (1),
insbesondere in den jeweilig äußeren zwei Fünftel bis
Drittel der Querschwellen, vorgesehen sind, und daß die
Ausnehmungen (8) lediglich von den Schotterkörnern
beaufschlagt sind.
2. Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (8) an den
benachbarten Seitenflächen der Querschwellen in
Schienenlängsrichtung einander gegenüber angeordnet sind.
3. Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung (8) von oben gesehen
zumindest auf einer Seite unmittelbar neben den Schienen
(3) vorgesehen ist.
4. Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Querschwellen
(1) und damit auch die Ausnehmungen (8) eine Steigung von
zumindest etwa 1 : 10 aufweisen.
5. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche im
Bereich zweier einander gegenüberliegenden Ausnehmungen
(8) größer als die im mittigen Bereich der Schwelle (1)
ist.
6. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querschwellen (1) an
zumindest einer Fläche, die zum Untergrund weist,
Ausnehmungen (11) aufweist.
7. Eisenbahnoberbau nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (11) in den beiden
äußeren Dritteln der Schwelle vorgesehen sind.
8. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aufliegefläche der
Querschwellen (1) auf dem Schotterbett im Bereich der
Schienen (3), insbesondere im jeweilig äußeren Drittel,
größer als im mittigen Bereich, insbesondere im mittleren
Drittel, der Querschwellen (1) ist.
9. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (8) an den
Seitenflächen zwischen Auflage für die Schiene (3) und
Querschwellenende vorgesehen sind.
10. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in Schienenlängsrichtung
gesehen, bei den Schienenbefestigungsmitteln, z. B.
Schienennägel (4), Vorsprünge an den Querschwellen (1)
vorgesehen sind.
11. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient, gebildet durch
die Auflagefläche des äußeren Teiles mit Ausnehmungen der
Querschwelle durch die Länge desselben größer ist als
jener des inneren Teiles der entsprechenden Größen, daß
insbesondere das Verhältnis dieser Quotienten zueinander
2 : 1 bis 3 : 2 beträgt.
Applications Claiming Priority (1)
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