EP1982019B1 - Verfahren zur Herstellung eines teilverschäumten Schotterkörpers für einen Gleisoberbau - Google Patents

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EP1982019B1
EP1982019B1 EP07704520.1A EP07704520A EP1982019B1 EP 1982019 B1 EP1982019 B1 EP 1982019B1 EP 07704520 A EP07704520 A EP 07704520A EP 1982019 B1 EP1982019 B1 EP 1982019B1
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EP
European Patent Office
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ballast
ballast body
foam
sleepers
track
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EP07704520.1A
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EP1982019A2 (de
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Tim Frenzel
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HYPERION VERWALTUNG GmbH
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Hyperion Verwaltung GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/001—Track with ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/008—Drainage of track

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing a flowable, foamable reaction mixture into partial areas of a ballast body of a track superstructure.
  • the invention further relates to the creation of a partially foamed track superstructure.
  • Ballast tracks are one of the traditional and most frequently used track systems. Optionally equipped with wood, concrete or steel sleepers. This track construction has been continuously optimized through practical use and theoretical recalculation since the beginning of rail traffic.
  • the service life of its main elements - rails, sleepers, ballast and substructure - must be properly coordinated.
  • Low “life cycle costs” arise when the substructure has a longer service life than the ballast bed and the ballast bed does not have to be replaced until the sleepers have reached the end of their service life.
  • the strong increase in stress caused by more trains, higher axle loads and speeds as well as heavy rolling stock has led to the fact that for economic reasons the track grating was first reinforced by using stiffer rail profiles and concrete sleepers.
  • the substructure was renovated as part of the superstructure renewal by installing formation protection layers and drainage. This effectively made the ballast bed the weakest main element of the road.
  • the improvement of the ballast properties is an important measure for ensuring a sufficient service life of the ballast bed consisting of crushed ballast, which has a high pore volume when clean.
  • ballast track is a complicated, complex realization. Complicated because the ballast mass, which is not in a rigid, solid structure, changes under dynamic influence.
  • the ballast In the manufacture of the track, after installing the track grate on a ballast bed that is at least 30 cm thick, the ballast is compacted using so-called tamping machines. Now the track grate rests on the ballast bed and transfers the loads from the train run over the rails to the sleepers and from there to the ballast body. The loads are then distributed in the ballast body - ideally viewed - from ballast stone to ballast stone down to the subgrade below and diverted into the ground.
  • the sleepers transfer this load on their underside to an average of approx. 330 ballast stone peaks and from there from stone to stone downwards. Only about 12% of the threshold area is used as a footprint. These values apply to both horizontal and vertical load transfers.
  • the cavity in the ballast structure is approximately 40%, which means that there is enough space to allow the individual ballast stones to be twisted or shifted under dynamic loads.
  • the object of the invention is to propose a method for introducing a flowable, foamable reaction mixture from above into a ballast body with sleepers embedded in it, with which the foaming of the ballast body within the load transfer areas of the sleepers, such as in EP-A-1 619 305 shown, reliably sets.
  • the invention proposes a method for introducing a flowable, foamable reaction mixture based on a polyurethane from above into a ballast body with sleepers embedded in it, in the method the mixture being introduced into the ballast body to the side of the sleepers, and depending on the height of the ballast body at the application point, preferably in an amount which is greater the higher the application point is in the ballast body, the mixture being set such that the foam formation process only begins when the front of the inside of the ballast body mixture flowing below has reached the underside or the area of the ballast body near the underside, so that the foam formation within the ballast body takes place from bottom to top.
  • a conical foam structure forms in the ballast body, so that the ballast body is fixed in a load transfer cone of the foam structure from its base to the lower edge of the sleeper.
  • the invention therefore proposes to adjust the flowable, foamable reaction mixture in such a way that the foam formation process takes place only after a certain time after the mixture has been introduced into the ballast bed.
  • Such delays in the foaming process are possible by choosing appropriate components and additives for the flowable, foamable reaction mixture.
  • this causes foam formation within the ballast body from bottom to top, that is to say below the thresholds. Since the flowable, foamable reaction mixture is introduced to the side of the sleepers, it can be achieved that the foaming also takes place only in parts of the ballast body, namely within the load transfer areas at an angle of approximately 60 °, starting from the sleepers.
  • ballast is then brought back into the previously cleared areas, which serves to protect the foam from the area near the top.
  • the procedure is expediently such that warm air is introduced into the ballast body from above, which emerges at the side of the ballast body, the relative atmospheric humidity of the emerging air being determined and the process of heating the Ballast body is terminated when the average humidity is less than a predetermined threshold.
  • the heat input into the ballast body can be controlled as a function of the emerging air humidity by determining the air humidity of the air emerging laterally from the ballast body at several points and an average value being formed from these individual humidity values, the heating of the ballast body being stopped when the mean air humidity is lower than a predefinable threshold.
  • sleepers are embedded in the ballast body with a sole made of an elastic material, in particular plastic material.
  • the step of partially foaming the ballast body, with which it is provided with foam exclusively in the load transfer areas, is advantageously preceded by the known steps of plugging and / or the formation of initial settling by vibrating the ballast body.
  • ballast track - the twisting of the rock under dynamic load - is thus prevented according to the invention in that after the new or renewed track has been completed, it is only foamed with a foam material in the ballast body in the load transfer zones.
  • All of the track's ballast stones within the load transfer areas are connected to one another by the inserted foam to form a holistic ballast structure.
  • the adhesive strength of the foam on the ballast stone and the structural density of the foam can be adjusted to the order of magnitude of the maximum load, plus a safety factor.
  • the foam consists of a large number of pores, the rigid cavities do not form when the cavities are closed. Rather, a structure is created with an infinite number of "shock absorbers". This also achieves noise insulation.
  • ballast body is only partially provided with the foamable material, within these areas, however, the cavities between the ballast stones are essentially completely filled with this foamable material, but it is ensured that the track body morphology is ensured by the Foaming remains unchanged from the state of the ballast body before the foamable material is introduced.
  • These areas of the ballast body are the load transfer areas below the thresholds, these load transfer areas, starting from the thresholds, extending obliquely outwards and below the thresholds.
  • the cavities between the ballast stones remain free within the zones of the ballast body located between the load transfer areas, so that surface water that strikes the ballast body can flow downwards or laterally within these zones. Surface water reaching the side of the ballast can also penetrate the ballast horizontally.
  • ballast stones Due to the partial foaming of the ballast body, the ballast stones that are most "stressed" when crossing the track remain stable. They therefore maintain their position permanently after the tamping process and after the (artificially) generated initial setting of the track superstructure, essentially over the entire operating period of the Track superstructure. Re-tamping, as is the case with track ballast bodies today, is therefore unnecessary.
  • a foam which can be used in the context of the invention is a rigid foam or a semi-rigid foam or an elastic foam, that is to say a foam which opposes deformation (if not insignificant) against resistance.
  • the foam must have sufficient compressive strength.
  • the foam can be adjusted with regard to pressure resistance, reaction times, reaction components, pot life.
  • the foam can be closed or open-celled. Open-cell foams have the advantage that they are acoustically effective, which is an advantage when used in the track superstructure.
  • the foam should be elastic, long-term stable, rot-proof, fire-resistant, resistant to vermin and resistant to chemicals.
  • the ballast body is arranged on an elastic drainage layer.
  • the drainage mats known for drainage purposes, such as those offered by Rehau AG.
  • Porous rubber mats or mats made of another elastomer material are advantageous. Particularly suitable are elastomer granules, the particles of which are connected to one another with cavities extending horizontally and vertically through the mat.
  • particles of recycled tire are suitable for producing such elastic drainage mats.
  • the elastic elastomer drainage mat can absorb high weights and contact forces, is long-term stable and rot-proof and has the other properties mentioned above, which preferably apply to the foam.
  • drainage mats could not be used under ballast bodies because they cannot withstand the stresses that occur over time due to several tamping processes. According to the invention, however, only a single tamping process, namely when creating the track superstructure, is required. In this respect, a merit of the invention can also be seen in the fact that it was possible to provide a drainage material under the track superstructure as a result of the prevention of subsequent replanting operations.
  • the drainage leads to a controlled and directed drainage of water, which effectively prevents the subsurface from being rinsed out.
  • the material of the drainage mat carries, as above described that this is long-term stable and thus maintains its (horizontal) porosity even under high pressure loads.
  • the sleepers on their undersides with an elastic material, in particular made of plastic (so-called sleepers soles).
  • sleepers soles Such thresholds with sole are for example in EP-A-1 298 252 to find.
  • the gravel stones lying against the sleeper penetrate into the elastic material of the sleeper sole, which results in a fixation by a kind of "hooking".
  • the present invention does not assume that the loads from the train operation are transferred or removed via the foam.
  • the built-in foam stabilizes the ballast structure and prevents the ballast core from escaping from the compacted material produced by the tamping machine Gravel formations.
  • the demonstrably stable ballast track is preserved for a very long time in its acceptance quality in its manufacturing form.
  • the durability of the PU foam and its composition play an important role.
  • PU foam also improves the dynamic characteristics, such as properties such as the degree of damping and the speed of the stress waves (e.g. compression wave, shear stress and surface wave).
  • PU foam is preferably used in the correct spatial position and to the right depth to ensure that improvements in technical behavior are achieved.
  • PU foam is preferably built up chemically to ensure that its desired properties are correct for the respective application, taking into account stiffness, strength, viscosity, fatigue limits, acoustic damping, the temperature range, the biochemical and hygroscopic properties, curing time and service life.
  • foams on the market can withstand a temperature range of -30 ° to + 80 ° C, are steam and water resistant, do not shrink or press and are resistant to faeces (this should not be neglected, since there are still many passenger rail cars have open toilet systems and thus empty faeces on the gravel).
  • additional substances can be used for the PU foam in order to further expand the chemical properties.
  • the composition of the foam is selected on the basis of the stiffness and strength properties required by the composite.
  • the tensile and shear strength properties of the foam are determined as part of the design process.
  • the foam properties e.g. rigidity
  • the foam properties are designed so that it must be ensured that an effective cushion-like foundation made of stabilized ballast is built over the weak area. If the rigidity is high enough, the load is distributed more evenly at the point of contact with the web body.
  • the foam properties are selected so that the large vertical forces are distributed more effectively under the turnout, but still maintain good damping properties of the composite. Raising the threshold by introducing the foam is largely impossible.
  • holes can be drilled in the sleepers at various points during production so that the foaming material can be injected directly into the ballast underneath and stabilize it completely.
  • the track body consists of foamed ballast and non-foam ballast.
  • the foamed area is always below the threshold and in the load-bearing areas. This creates a cone-like foamed structure in the vicinity of the threshold.
  • Double-track routing on straight lines or in arches with the necessary track elevations results in the selected economical foaming of the ballast areas in which the precipitation water cannot be discharged in the usual way as with a completely open ballast body.
  • the selected embodiment with the plastic drainage mat laid on the sub-level takes this problem into account.
  • the rainwater finds its way into the plastic drainage mats in the problem areas and is arranged and discharged to the outside.
  • the water does not leave any traces of erosion on the sub-level due to the chosen full-surface installation under the ballast and thus helps to protect the substructure of the track.
  • FIGS 1 to 3 A first superstructure of a track superstructure that can be produced by the method is shown in FIGS 1 to 3 shown.
  • the track superstructure is located on a subsurface or sub-level 12, which is inclined as usual and can have a protective layer of asphalt or gravel.
  • a drainage mat 14 on which a ballast body 16 composed of individual ballast stones 18 is arranged (in the 1 and 2 indicated and in Fig. 3 partially shown in detail).
  • the ballast body 16 wood, concrete or steel
  • sleepers 20 are embedded, to which the rails 24 are fastened via, in particular, height-adjustable fastening points (indicated at 22).
  • the load transfer areas 26 are defined in the ballast body 16, within which the loads occurring when the rails 24 pass over are transferred to the ground 12.
  • these load transfer areas 26 are trapezoidal. Within the end area of the ballast body 16 facing the ground 12, the load transfer areas 26 merge into one another. In the top view, the load transfer area 26 is as in FIG Fig. 2 The areas between adjacent load transfer areas 26 are substantially V-shaped.
  • the ballast body 16 is stuffed and vibrated to effect initial setting.
  • the cavities between the ballast stones 18 within the load transfer areas 26 are now completely foamed, with a PU foam 28 that is set according to the requirements and loads.
  • PU foams can be adjusted according to the respective requirements with regard to, for example, compressive strength, adhesion and foaming behavior, which is generally known and leads to an optimal foam material for the respective application.
  • the ballast stones 18 within the load transfer areas 26 are thus fixed in position; below the thresholds 20 there are soles on the underside 30 made of an (elastic) plastic material.
  • the foam 28 can also be arranged to the side of the lower regions of the sleepers 20, so that these are embedded in ballast body regions provided with the foam 28.
  • the areas 32 of the ballast body 16 between the load transfer areas 26 thus remain free of foam in the track superstructure 10, so that rainwater can flow off across the track superstructure 10.
  • inclination along the 34 in Fig. 3 indicated drain line of two adjacent load transfer areas 26, which forms the sole of a zone 32, this drainage process is additionally supported.
  • FIG. 4 The advantage of a drainage mat 14 underneath a track superstructure is particularly clear in the case of a two-track or multi-track route, as shown in FIG Fig. 4 is shown.
  • the individual components of the track superstructure 10 ' Fig. 4 identical or identical to the individual components of the track superstructure 10 of the 1 to 3 are, they are in Fig. 4 marked with the same reference numerals.
  • the following device for example, is suitable for introducing the foam into the ballast bed:
  • Railway tracks are traditionally laid in ballast beds on sleepers made of different materials. Since wooden sleepers can only be preserved with problematic substances, concrete or steel sleepers are mainly used.
  • the forces from the mass of the trains and the dynamic effects from the travel of the trains are transmitted from the rail to the ballast via the sleeper. This load transfer is essential in an area with an angle of 60 °.
  • the movement of the ballast stones is caused by the forces entered in the viscous ballast area, which leads to abrasion of the edges similar to river ballast and thus rounds off the ballast pieces.
  • the ballast body is fixed in the area of the load transfer with foam, namely polyurethane.
  • foam namely polyurethane.
  • the foam encloses the ballast pieces in a form-fitting manner and forms a permanent connection with their surface.
  • the foam is adjusted flexibly and does not change the morphology of the ballast bed.
  • the static structure of the ballast remains intact.
  • the concrete or steel sleeper or switch construction resting on it is permanently glued in with the foam.
  • the effect of the transfer of horizontal forces into the ballast bed achieved by wooden grapples by clawing the ballast stones into the ballast bed is thereby considerably improved and fixed.
  • a drainage mat made of structured rubber recyclate is placed under the ballast body.
  • the mat is made in such a way that it drains the rainwater horizontally under the ballast body.
  • the mat is surrounded on both sides by a fleece, in particular geotextile, which in the long term prevents the mat's pore volume from becoming blocked.
  • the geotextile is alternately protruding on the longitudinal edges so that the abutting edge to the next mat is covered, i.e. the fleece on the top on one or two edges of the mat and the fleece on the bottom on one or two of the edges opposite the aforementioned edges.
  • a vehicle with the possibility of a step operation for travel of ⁇ 1 m / sec is used, with which the system can be moved with cm accuracy.
  • the storage warehouses are equipped with KTCs that can be filled at the factory and put on and taken off with a crane.
  • the heating and drying unit consists of one or more lowerable bells, into which hot air is conveyed from a support burner in an air line by blowers.
  • the bells are provided with a sealing bead towards the ballast body and towards the rail areas, so that as far as possible no warm air can escape upwards out of the ballast bed, but rather as far as possible from the side.
  • This unit is set three times in succession in order to be able to set the necessary parameters for the foaming depending on the outside temperature and moisture of the ballast.
  • fold-out elements which are attached to the inside of the heating units, the heat can also be conducted separately to the rails in order to heat or cool them down to a certain working temperature.
  • refrigeration units are activated in the airway and wash the rails with cold air to cool them down.
  • the heating can be done with mineral oil products, gas or with natural vegetable oils.
  • the exhaust gas heat and the waste heat from the locomotive can also be used.
  • the warm, moisture-saturated air emerges from the track or ballast body to the side of the threshold area.
  • the one used in the side area Condensation is not a problem since it does not take place in the area of load transfer, which is the aim of the foam fixation.
  • the success of the treatment of the ballast is monitored and controlled by measuring the humidity of the air emerging.
  • the foam is applied to the heated and dried crushed stone.
  • a device which consists of up to 8 discharge nozzles for each threshold side and several thresholds, e.g. 10, can operate at the same time.
  • the foam lances can be lowered individually or together on the ballast body by means of a propulsion device.
  • the necessary lowering is calculated individually for each nozzle by determining the inclination of the track body by a process computer.
  • the nozzles can be moved by lateral drives and are positioned by measuring devices directly next to the sleeper body. After lowering the lances to the calculated point, the foaming process controlled by the process computer is triggered and documented.
  • the calculated quantities of the components are pumped into the mixing head at the upper end of the nozzle by pumps for each nozzle, mixed there and pressed into the ballast body.
  • the computer recognizes the end point of the foaming process and switches off the pumps or closes the valves on the mixing head. The lance is immediately blown free with compressed air.
  • the device is started up after this cycle, simultaneously with the heating bells. During the phase of moving the device, the air heating and the fans are switched off. The machine unit can then be moved to repeat the process on the subsequent segment.
  • the nozzles are interchangeably mounted on a part that receives the drive as a carrier for vertical insertion into the ballast body.
  • the mixing head is attached to this.
  • the lower edge of the nozzle is chamfered so that the nozzle cannot rest on a ballast stone and thus closes the lower opening.
  • the tip of the nozzle body either displaces an unfavorably located stone or provides enough open space to ensure that the foam components can be carried away unhindered.
  • the setting of the foam with regard to the start time for the foaming reaction and the reaction time is such that it is in the ballast bed forms a conical foam structure and thus the ballast body is fixed in the load transfer cone from the sole to the lower edge of the sleeper.
  • the lances can be dispensed with by disposing or positioning outlet nozzles for the foamable reactive flowable mixture above the ballast bed.
  • the nozzles can be moved either stationary or across the track body.
  • the reactive mixture is adjusted in such a way that the foam formation process begins when the flowable mixture has reached the lowest region of the ballast body. Foam formation thus takes place in ascending order from bottom to top.
  • the rate at which the mixture is applied to the ballast bed is changed (the higher the ballast bed, the greater the quantity dispensed per unit of time). The amount of mixture required due to the height of the ballast bed is thus introduced over the entire width of the ballast bed below the track body.
  • the mixture is introduced on both sides (i.e. in the extension of the rails in front of and behind the sleepers directly next to them) of each sleeper, preferably simultaneously. This means that the mixture gets under the threshold from both sides according to its viscosity by spreading conically downwards in the ballast body. As a result, the foaming process that starts from below then brings the reactive mixture from below to below the thresholds, in that the progressing foam front pushes the unreacted mixture from below towards the threshold.
  • the foam insertion nozzles are mounted on a device carrier at a position corresponding to the insertion position.
  • This bracket can be adjusted by hydraulic or electric actuators both at right angles, i.e. move across the track as well as up and down. This ensures that all calculated insertion positions for the reactive mixture can be operated in accordance with regulations.
  • the ballast between the sleepers and outside the load transfer areas is removed (and e.g. stored on the side). After foaming, after a waiting time of e.g. 24 hours the ballast is reinstalled.
  • the process of installation has no environmentally relevant influences.
  • the components of the foam are in tested and approved containers transported (GGVS / GGVE / IMO), there is no storage at the construction sites, the transport takes place just in time.
  • the processing plant is controlled in such a way that both components can only be conveyed and mixed out of the plant at the same time. This means that only a foam can escape that is not classified as a hazardous substance and cannot have any toxic effects.
  • the polymerization reaction is already complete after 20 seconds. The system is not accessible during this time.
  • the foam contains only a very small amount of catalysts, which can be assigned to the amines and can be washed out with rainwater. These substances are biodegradable substances with an extremely short biological half-life. After a short exposure time, the tests show a significant decrease in the eluate value in the TOC, which is in line with expectations. The remaining substances in the foam are completely water-insoluble after polymerisation, which has already occurred after approx. 20 seconds. It is not possible to dissolve parts of the foam in other solvents either, so that after the elution of the catalytic amines has subsided, absolute environmental neutrality is achieved in compliance with the installation regulations.
  • the products in tunnel sections are enriched with a highly nitrogenous substance so that they are practically non-combustible.
  • the foamed body can be removed and processed in a rotary kiln to clean ballast.
  • the thermal decomposition of the polyurethane takes place at temperatures ⁇ 550 ° C, so that the ballast stones are not affected morphologically, i.e. they can be reinstalled without any further treatment.
  • the drainage channels are recorded and recycled.
  • the identical product is created.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Railway Tracks (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches in Teilbereiche eines Schotterkörpers eines Gleisoberbaus. Die Erfindung betrifft ferner die Erstellung eines teilverschäumten Gleisoberbaus.
  • Zu den traditionellen und am häufigsten angewandten Gleissystemen gehören heute die Schottergleise. Wahlweise ausgerüstet mit Holz, Beton- oder Stahlschwellen. Diese Gleiskonstruktion hat sich seit Beginn des Eisenbahnverkehrs stetig durch den praktischen Einsatz und die theoretische Nachrechnung optimiert.
  • Um eine wirtschaftliche Gleisanlage zu erhalten, muss die Lebensdauer ihrer Hauptelemente - Schienen, Schwellen, Schotter und Unterbau - richtig aufeinander abgestimmt sein. Niedrige "Life Cycle Costs" entstehen dann, wenn der Unterbau eine längere Nutzungsdauer als das Schotterbett aufweist und das Schotterbett erst erneuert werden muss, wenn die Schwellen das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben. Die starke Zunahme der Beanspruchung durch mehr Züge, höhere Achslasten und Geschwindigkeiten sowie schweres Rollmaterial führte in den letzten Jahrzehnten dazu, dass aus wirtschaftlichen Gründen zuerst der Gleisrost durch den Einsatz von steiferen Schienenprofilen und Betonschwellen verstärkt wurde. In einer zweiten Phase wurde im Rahmen von Oberbauerneuerungen, wo nötig, der Unterbau durch den Einbau von Planumsschutzschichten sowie Entwässerungen saniert. Dadurch wurde das Schotterbett faktisch zum schwächsten Hauptelement der Fahrbahn. Die Verbesserung der Schottereigenschaften ist eine wichtige Maßnahme für die Sicherstellung einer hinreichenden Nutzungsdauer des aus Brechschotter bestehenden Schotterbettes, das in sauberem Zustand ein hohes Porenvolumen aufweist.
  • Heute werden auf diesen Gleisen (z.B. TGV) Geschwindigkeiten bis über 300 km/h realisiert und große Lasten transportiert, Die Bautechnik hat sich diesen Konstruktionen angepasst und steht heute auf einem weltweit hohen Niveau.
  • Die Konstruktion des Schottergleises ist aus der theoretischen Betrachtung eine komplizierte, komplexe Realisierung. Kompliziert deshalb, weil sich die nicht in einem starren, festen Gefüge befindliche Schottermasse bei dynamischer Beeinflussung verändert.
  • Dieses bedeutet: Bei der Herstellung des Gleises wird nach der Montage des Gleisrostes auf einem mindestens 30 cm starken Schotterbett der Schotter mit so genannten Stopfmaschinen verdichtet. Nun ruht der Gleisrost auf dem Schotterbett und überträgt die Lasten aus dem Zuglauf über die Schienen auf die Schwellen und von dort auf den Schotterkörper. Die Lasten werden dann im Schotterkörper - idealisiert betrachtet - von Schotterstein zu Schotterstein bis auf das darunter liegende Planum nach unten verteilt und in den Baugrund abgeleitet.
  • Der rein statische Abtrag der eingeführten Lasten erfolgt dabei problemlos.
  • Veränderungen im Gefüge des Schotterbettes werden aber durch die dynamische Belastung, welche bei Zugfahrt eintritt, ausgelöst,
  • Bei der Zugüberfahrt kommt es bekannterweise zu positiven und negativen Lasteintragungen. Dieses heißt, das Gleis wird mit senkrechten Lasten und zusätzlich mit einer entlastenden Vor- und Nachlaufwelle beaufschlagt. In Verbindung mit der dynamischen Frequenz aus dem Zuglauf kann sich somit das "Stein auf Stein Gebilde" verändern. Die Schottersteine verdrehen sich, werden in der Endphase rund und die Gleislage verändert sich. Würde dieser Vorgang völlig gleichmäßig erfolgen, würde hieraus kein Nachteil für die Gleislage entstehen. Durch die Linienführung des Gleises - Bogen, Gerade, Brücke, verschiedene Untergrunde usw. - geschieht dieses aber nicht. Es muss in zeitlichen Abständen immer wieder mit Stopfmaschinen nachgestopft werden, um eine gute Gleislage auf Dauer vorzuhalten.
  • Die Bahnen fahren heute im Güterverkehr mit einer Achslast von 22,5 t. Die Schwellen übertragen diese Last auf ihrer Unterseite auf im Mittel auf ca. 330 Schottersteinspitzen und von dort von Stein zu Stein nach unten. Es werden somit nur ca, 12% der Schwellengrundfläche als Aufstandsfläche genutzt. Diese Werte gelten sowohl für horizontale als auch vertikale Lastabtragungen. Der Hohlraum im Schottergerüst beträgt ungefähr 40%, das heißt, es gibt genügend Raum, um bei dynamischer Belastung ein Verdrehen oder Verlagern der einzelnen Schottersteine zuzulassen.
  • In der Vergangenheit wurden unterschiedliche Techniken entwickelt, um diesem Problem entgegenzuwirken:
    1. 1. Es wurden und werden schotterlose Gleissysteme, sogenannte "Feste Fahrbahnen" entwickelt. Diese können einen Betonunterbau oder einen Asphaltunterbau aufweisen.
    2. 2. Der Schotterkörper wird nach der Herstellung des fertig gestopften Gleises mit einem zementösen Gemisch ausgegossen und damit starr.
    3. 3. Der Schotterkörper wird nach der Herstellung des fertig gestopften Gleises mit einem Flüssigkunststoff behandelt und dadurch an den Kontaktstellen Stein zu Stein punktweise verklebt.
  • Es sind eine Reihe früherer Vorschläge bekannt, in denen versucht wird, die Eigenschaften von technischen Strukturen zu verändern, um beispielsweise durch wirksames "Zusammenhalten" der Steine die Stabilität zu verbessern.
  • Aus DD 86 201 und DE 24 48 978 A1 ist z.B. eine Voll- oder Teilverklebung sämtlicher Schottersteine des Schotterkörpers bekannt. Hierdurch entstehen Entwässerungsprobleme, da Oberflächenwasser den Schotterkörper nicht mehr horizontal oder vertikal durchdringen kann, was insbesondere bei zwei- oder mehrgleisigen Strecken und insbesondere in Kurvenbereichen ungünstig ist.
  • Auch aus DE 20 63 727 ist die Vollverklebung sämtlicher Schottersteine des Schotterkörpers bekannt, und zwar mit einem gegebenenfalls schäumbaren Klebermaterial. Eine Maschine, mit der diese Vollverklebung erreicht werden kann, ist in US-A-3,942,448 bzw. DE-U-7319950 beschrieben.
  • Aus DE-A-23 05 536 ist ein Verfahren zum Anheben von Gleisen bekannt, bei dem durch die Schienen hindurch in den Gleiskörper hinein zwecks dessen Anhebung quellendes Material eingebracht wird.
  • Schließlich ist es aus EP-A-1 619 305 bekannt, unterhalb eines lediglich in den Lastabtragungsbereichen des Schotterkörpers verschäumten Schotterbetts Drainagematten vorzusehen. Der Vorteil dieser Gleisoberbaukonstruktion ist insbesondere bei zwei- bzw. mehrgleisigen Strecken gegeben. Oberflächenwasser (beispielsweise Regenwasser), das sich im oberflächennahen Bereich des Schotterkörpers zwischen den Schwellen und oberhalb der Teilverschäumung ansammelt, gelangt in den Bereich zwischen zwei Gleisen, kann dort, da in diesem Bereich keine Verschäumung vorliegt, zum Planum hin abfließen, um von dort aus über die Drainagematte des benachbarten Gleises, die unterhalb des Schotterkörpers des benachbarten Gleises und auf dessen Planum aufliegt, abzufließen. Dabei ist der Schaum vorzugsweise ein Polyurethan, wobei es weiter bekannt ist, den Schotter vor Einbringung des Schaumes zu erwärmen und zu trocknen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches von oben in einen Schotterkörper mit in diesen eingebetteten Schwellen vorzuschlagen, mit dem sich die Verschäumung des Schotterkörpers innerhalb der Lastabtragungsbereiche der Schwellen, wie z.B. in EP-A-1 619 305 gezeigt, zuverlässig einstellt.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches auf der Basis eines Polyurethans von oben in einen Schotterkörper mit in diesen eingebetteten Schwellen vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren das Gemisch seitlich der Schwellen in den Schotterkörper eingebracht wird, und zwar in Abhängigkeit von der Höhe des Schotterkörpers an der Applikationsstelle in vorzugsweise einer Menge, die umso größer ist, je weiter oben sich die Applikationsstelle in dem Schotterkörper befindet, wobei das Gemisch derart eingestellt ist, dass der Schaumbildungsprozess erst dann beginnt, wenn die Front des innerhalb des Schotterkörpers nach unten fließenden Gemisches die Unterseite bzw. den unterseitennahen Bereich des Schotterkörpers erreicht hat, so dass die Schaumbildung innerhalb des Schotterkörpers von unten nach oben erfolgt. Dabei bildet sich im Schotterkörper eine kegelförmige Schaum-Struktur aus, sodass der Schotterkörper von dessen Sohle zur Schwellenunterkante in einem Lastabtragskegel der Schaum-Struktur fixiert ist.
  • Mit der Erfindung wird also vorgeschlagen, das fließfähige, schäumbare Reaktionsgemisch derart einzustellen, dass der Schaumbildungsprozess erst nach einer gewissen Zeit nach Einbringung des Gemisches in das Schotterbett erfolgt. Derartige Schäumungsprozessverzögerungen sind durch Wahl entsprechender Komponenten und Zusätze für das fließfähige, schäumbare Reaktionsgemisch möglich. Erfindungsgemäß erfolgt hierdurch eine Schaumbildung innerhalb des Schotterkörpers von unten nach oben, also bis unter die Schwellen. Da die Einbringung des fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches seitlich der Schwellen erfolgt, kann erreicht werden, dass die Verschäumung auch nur in Teilen des Schotterkörpers, nämlich innerhalb der Lastabtragungsbereiche in einem Winkel von etwa 60°, ausgehend von den Schwellen, nach unten erfolgt.
  • Alternativ ist es möglich, den Schotter zwischen den Schwellen und außerhalb der Lastabtragungsbereiche des Schotterkörpers zunächst zu entfernen und alsdann das fließfähige, schäumbare Reaktionsgemisch mit der oben beschriebenen Schäumungsprozesszeitsteuerung einzubringen. Anschließend wird dann wieder Schotter in die zuvor freigeräumten Bereiche verbracht, was dem UV-Schutz des oberseitennahen Bereichs des Schaumes dient.
  • Zur Konditionierung des Schotterbettes insbesondere als Vorbereitung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßigerweise derart verfahren, dass in den Schotterkörper von oben Warmluft eingebracht wird, die seitlich des Schotterkörpers austritt, wobei die relative Luftfeuchtigkeit der austretenden Luft ermittelt wird und der Prozess der Erwärmung des Schotterkörpers beendet wird, wenn die mittlere Luftfeuchtigkeit geringer ist als ein vorgebbarer Schwellwert.
  • Durch die Abführung von Feuchtigkeit aus dem Schotterbett werden für die anschließende Schaumbildung verbesserte Bedingungen geschaffen. Der Wärmeeintrag in den Schotterkörper kann in Abhängigkeit von der austretenden Luftfeuchtigkeit gesteuert werden, indem die Luftfeuchtigkeit der seitlich aus dem Schotterkörper austretenden Luft an mehreren Stellen ermittelt wird und aus diesen einzelnen Luftfeuchtigkeitswerten ein Mittelwert gebildet wird, wobei die Erwärmung des Schotterkörpers beendet wird, wenn die mittlere Luftfeuchtigkeit geringer ist als ein vorgebbarer Schwellwert.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches von oben in einen Schotterkörper mit in diesen eingebetteten Schwellen lässt sich ein Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus für einen Schienenweg auf einem quer zu dessen Erstreckung geneigten Untergrund realisieren, bei dem
    • auf dem Untergrund eine elastische Drainagematte angeordnet werden kann,
    • auf der Drainagematte ein Schotterkörper aus einzelnen, zwischen sich Hohlräume aufweisenden Schottersteinen gebildet werden kann,
    • in den Schotterkörper das Gleis (Schwellen mit Schienen) eingebettet werden kann, und
    • zur Lagefixierung der im Wesentlichen lediglich innerhalb von Lastabtragungsbereichen des Schotterkörpers unterhalb der Schwellen befindlichen Schottersteine in die Hohlräume zwischen diesen erfindungsgemäß ein schäumbares Material eingebracht wird.
  • Ferner werden, wie ebenfalls oben erwähnt, Schwellen mit einer Besohlung aus einem elastischen Material, insbesondere Kunststoffmaterial, in den Schotterkörper eingebettet.
  • Dem Schritt der Teilausschäumung des Schotterkörpers, mit dem dieser ausschließlich in den Lastabtragungsbereichen mit Schaum versehen wird, werden zweckmäßigerweise die an sich bekannten Schritte des Stopfens und/oder der Erstsetzbildung durch Versetzen des Schotterkörpers in Vibrationen vorgeschaltet.
  • Das Hauptproblem des bekannten Schottergleises - das Verdrehen des Gesteins unter dynamischer Belastung - wird also erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass nach Fertigstellung des neuen oder erneuerten Gleises dieses mit einem Schaummaterial im Schotterkörper lediglich in den Lastabtragungszonen verschäumt wird.
  • Dies heißt, dass alle Hohlräume zwischen den Schottersteinen unter der Schwelle und in den angrenzenden Lastabtragungsbereichen durch den einzubringenden Schaum des Schotterkörpers geschlossen werden; die Hohlräume zwischen den Schwellen und außerhalb der Lastabtragungsbereiche bleiben frei und dienen somit der Abfuhr von Oberflächenwasser. Der Schaum kann so eingestellt sein, dass er flexibel ist. Die Einbringung des Schaums und dessen Bildung im Schotterkörper verändert die Morphologie des Schotterkörpers nicht.
  • Sämtliche Schottersteine des Gleises innerhalb der Lastabtragungsbereiche werden durch den eingebrachten Schaum miteinander zu einem ganzheitlichen Schottergefüge verbunden. Die Haftfestigkeit des Schaums am Schotterstein und die Gefügedichte des Schaums kann an die Größenordnung der maximalen Lasteintragung, zuzüglich eines Sicherheitsbeiwertes, angepasst werden.
  • Nach der Aushärtung des Schaums können nun alle durch den Zuglauf eingeleiteten Kräfte über dieses homogene Gefüge übertragen werden, und zwar über die Schottersteine und nicht über den Schaum, der der Lagestabilisierung der Schottersteine dient.
  • Da der Schaum aus einer Vielzahl von Poren besteht, entsteht auch durch das Schließen der Hohlräume kein starrer Schotterkörper. Es entsteht vielmehr ein Gebilde mit unendlich vielen "Stoßdämpfern". Dadurch wird zusätzlich eine Geräuschdämmung erreicht.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird also ein alternativer Weg zur Stabilisierung des Schotterkörpers ohne Beeinflussung von dessen Morphologie und unter Berücksichtigung der Entwässerungsproblematik beschritten.
  • Mit der Erfindung lässt sich ein Gleisoberbaukörper für einen Schienenweg auf einem quer zu dessen Erstreckung geneigten Untergrund vorschlagen, der versehen ist mit
    • einem Schotterkörper aus einzelnen Schottersteinen und
    • in dem Schotterkörper eingebetteten Schwellen, an denen Schienen befestigbar sind, wobei der Schotterkörper unterhalb der Schwellen Lastabtragungsbereiche aufweist, die beim Befahren der Schienen über die Schwellen vertikal auf den Schotterkörper wirkende Lasten aufnehmen und in den Untergrund unterhalb des Schotterkörpers übertragen.
  • Bei diesem Gleisoberbau sind im Wesentlichen lediglich die Hohlräume zwischen den Schottersteinen innerhalb der Lastabtragungsbereiche des Schotterkörpers zur Lagefixierung der Schottersteine in diesen Bereichen mit einem PU-Schaummaterial ausgefüllt. Zwischen dem Schotterkörper und dem Untergrund kann noch eine elastische Drainageschicht angeordnet sein.
  • Der wesentliche Gedanke ist darin zu sehen, dass der Schotterkörper nur in Teilen mit dem schäumbaren Material versehen ist, innerhalb dieser Bereiche allerdings sind die Hohlräume zwischen den Schottersteinen im Wesentlichen vollständig von diesem schäumbaren Material ausgefüllt, wobei jedoch sichergestellt ist, dass die Gleiskörpermorphologie durch die Ausschäumung gegenüber dem Zustand des Schotterkörpers vor der Einbringung des schäumbaren Materials unverändert bleibt. Bei diesen Bereichen des Schotterkörpers handelt es sich um die Lastabtragungsbereiche unterhalb der Schwellen, wobei sich diese Lastabtragungsbereiche, ausgehend von den Schwellen, schräg auswärts verlaufend und unterhalb der Schwellen erstrecken. Durch diese erfindungsgemäße Teilverschäumung des Schotterkörpers verbleiben die Hohlräume zwischen den Schottersteinen innerhalb der zwischen den Lastabtragungsbereichen befindlichen Zonen des Schotterkörpers frei, so dass Oberflächenwasser, das auf den Schotterkörper auftrifft, nach unten bzw. innerhalb dieser Zonen seitlich abfließen kann. Auch seitlich an den Schotterkörper gelangendes Oberflächenwasser kann den Schotterkörper horizontal durchdringen.
  • Durch die Teilausschäumung des Schotterkörpers bleiben gerade die bei Überfahrten über das Gleis am meisten "beanspruchten" Schottersteine lagestabil. Sie behalten also ihre nach dem Stopfvorgang und nach der (künstlich) erzeugten Erstsetzung des Gleisoberbaus eingenommene Lage dauerhaft bei, und zwar im Wesentlichen über die gesamte Betriebsdauer des Gleisoberbaus. Ein Nachstopfen, wie es heutzutage bei Gleisschotterkörpern der Fall ist, wird dadurch entbehrlich.
  • Als im Rahmen der Erfindung verwendbarer Schaum kommt ein Hartschaum bzw. ein Halbhartschaum oder ein elastischer Schaum in Frage, also ein Schaum, der einer Verformung einen (ggf. nicht unbeträchtlichen) Widerstand entgegen setzt. Der Schaum muss eine ausreichende Druckfestigkeit aufweisen. Der Schaum kann bezüglich Druckfestigkeit, Reaktionszeiten, Reaktionskomponenten, Topfzeit eingestellt werden. Der Schaum kann geschlossen oder offenzellig sein. Offenzellige Schäume haben den Vorteil, dass sie akustisch wirksam sind, was bei Anwendung im Gleisoberbau von Vorteil ist. Der Schaum sollte elastisch, langzeitstabil, verrottungssicher, feuerbeständig, widerstandsfähig gegen Ungeziefer und chemikalienbeständig sein.
  • Zur Schaffung einer Entwässerungsmöglichkeit unterhalb des Gleisoberbaus ist der Schotterkörper auf einer elastischen Drainageschicht angeordnet. Hier kann man sich der für Drainagezwecke bekannten Drainage-Matten bedienen, wie sie beispielsweise von der Rehau AG angeboten werden. Vorteilhaft sind poröse Gummimatten oder Matten aus einem anderen Elastomermaterial. Insbesondere eignen sich Elastomergranulate, deren Partikel unter Freihaltung von horizontal und vertikal durch die Matte sich erstreckenden Hohlräumen untereinander verbunden sind. Beispielsweise eignen sich Partikel aus Reifenrezyklat zur Herstellung derartiger elastischer Drainagematten. Die elastische Elastomer-Drainagematte kann hohe Gewichte und Anpresskräfte aufnehmen, ist langzeitstabil und verrottungssicher und weist die anderen obigen Eigenschaften auf, die vorzugsweise für den Schaum gelten.
  • Drainage-Matten konnten bisher unter Schotterkörpern nicht eingesetzt werden, da sie den Belastungen, wie sie im Laufe der Zeit verursacht durch mehrere Stopfvorgänge auftreten, nicht standhalten. Nach der Erfindung ist jedoch lediglich noch ein einziger Stopfvorgang, nämlich bei der Erstellung des Gleisoberbaus, erforderlich. Insofern ist ein Verdienst der Erfindung auch darin zu sehen, dass es gelungen ist, als Folge der Verhinderung späterer Nachstopfvorgänge ein Drainagematerial unter dem Gleisoberbau vorsehen zu können. Durch die Drainage kommt es zu einer kontrollierten und gerichteten Abführung von Wasser, das ein Ausspülen des Untergrundes (Unterplanum) wirkungsvoll verhindert. Ferner trägt das Material der Drainagematte, wie oben beschrieben, dazu bei, dass diese langzeitstabil ist und damit auch bei hohen Druckbelastungen ihre (horizontale) Porosität beibehält.
  • Zur weiteren Fixierung der Schottersteine innerhalb der Lastabtragungsbereiche ist es zweckmäßig, die Schwellen an ihren Unterseiten mit einem elastischen Material insbesondere aus Kunststoff zu versehen (sogenannte Schwellenbesohlung). Derartige Schwellen mit Besohlung sind beispielsweise in EP-A-1 298 252 zu finden. Die an der Schwelle anliegenden Schottersteine dringen in das elastische Material der Schwellenbesohlung ein, wodurch es zu einer Fixierung durch eine Art "Verhakung" kommt.
  • Der eingebrachte PU-Schaum verbessert den Gleiskörper mehrfach:
    • Der Untergrund unter dem Schotter wird durch die hohe Isolationsleistung der sich bildenden Mikro-Luftporen im PU-Schaum vor Frost geschützt.
    • Der Untergrund unter dem Schotter wird vor Wasser geschützt.
    • Die Gefahr einer Gleisverwerfung in horizontaler und vertikaler Richtung wird reduziert, da höhere Kräfte aufgenommen werden können.
    • Der Querverschiebewiderstand eines Gleises wird erhöht.
    • Die dynamische Belastung des Untergrundes und des Umfeldes wird reduziert.
    • Die Berechnungsmethoden zur Lagesicherheit eines Gleises können optimiert werden.
    • Der Schotterkörper wirkt schalldämpfend (Reduktion der Übertragung von Schwingungen aus dem Gleiskörper sowohl über den Boden als auch durch die Luft, wobei die Drainagematte zusätzlich zur Schallentkoppelung dient).
  • Die Vorgaben des Verfahrens bzw. Schotterkörpers sind insbesondere wie folgt:
    1. 1. gewaschener Schotter.
    2. 2. Gleise gestopft und gleistechnisch abgenommen.
    3. 3. Gleis-Schotterquerschnitt wärmetechnisch vorbehandelt - Temperaturvorgabe.
    4. 4. Aushärtezeiten und Flexibilität des Schaums sind beeinflussbar.
    5. 5. absolute Vollausschäumung der jeweiligen Lastabtragungszonen (ca. 60° Winkel) unter den Schwellen.
    6. 6. Recyclingfähigkeit nach KrW-/AsfG.
    7. 7. Erfüllung von Scherfestigkeiten, Abreißfestigkeiten und Federsteifigkeiten des Schaums je nach Anforderung.
  • Die Erstellung des Gleisaufbaus geschieht wie folgt:
    1. 1. Nach Fertigstellung des Unterbauplanums und vor Aufbringung des Gleisverlegeschotters wird auf den Flächen der PSS (Planumsschutzschicht) unter der Schotteraufstandsfläche eine elastische Drainagematte (z.B. Secudrän® von der Naue-Fasertechnik GmbH & Co. KG) verlegt. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei zwei- oder mehrgleisigen Strecken die Mittenentwässerung dauerhaft gesichert ist. Bei eingleisigen Strecken kann hiervon abgesehen werden; es wird eine Entwässerung des in Folge der Neigung des Planums höher gelegenen Randbereichs erreicht (gilt auch bei mehrgleisigen Strecken).
    2. 2. Die einzubauenden Schwellen aus Beton oder Stahl erhalten auf der Unterseite vorzugsweise eine Besohlung aus einem Kunststoffmaterial nach dem Stand der Technik (z.B. EP-A-1 298 252 ). Hierdurch werden die Schottersteine beim Stopfen im Gefüge des Kunststoffes verkeilt und festgehalten.
    3. 3. Das gebaute und mit der Stopfmaschine gestopfte Gleis wird mit einem Gleisstabilisator bekannter Bauart zusätzlich behandelt. Dadurch werden Erstsetzungen aus der zu erwartenden Zugbelastung vorweggenommen. Der Gleisaufbau befindet sich nun in einem Zustand, in dem er gleistechnisch abnehmbar ist.
    4. 4. Das Gleis wird unter den Schwellen und in den angrenzenden Bereichen des Druckabtrages im Schotterkörper verschäumt. Hierzu wird der Schotterkörper vorteilhafterweise zuvor wärmetechnisch behandelt und gereinigt (gewaschene Schottersteine).
  • Die vorliegende Erfindung geht nicht davon aus, dass über den Schaum die Lasten aus dem Zugbetrieb über- oder abgetragen werden. Der eingebaute Schaum stabilisiert das Schottergerüst und verhindert das Ausweichen des Schotterkerns aus dem durch die Stopfmaschine hergestellten, verdichteten Schottergebilde. Das nachweisbar standfeste Schottergleis wird in seiner Herstellungsform auf sehr lange Zeit in seiner Abnahmequalität erhalten. Dabei spielt die Haltbarkeit des PU-Schaums bzw. dessen Zusammensetzung eine große Rolle.
  • Das technische Verhalten von teilchengestützten Konstruktionen wird bei Anwendung von PU-Schaum grundsätzlich nicht verändert. Es werden lediglich die Eigenschaften der technischen Festigkeit sowie der Steifigkeit erheblich verbessert. Außerdem werden durch PU-Schaum auch die dynamischen Merkmale, die solche Eigenschaften, wie den Dämpfungsgrad und die Geschwindigkeit der Beanspruchungsdruckwellen (z B. Kompressionswelle, Scherungsweile und Oberflächenwelle), verbessert.
  • Bei Einsatz eines PU-Schaums ist es wünschenswert sicherzustellen, dass der verstärkte und stabilisierte Unterbau während seiner Lebensdauer auf einem annehmbaren Niveau funktioniert.
  • PU-Schaum wird vorzugsweise in der korrekten räumlichen Lage und bis in die richtige Tiefe eingesetzt, um zu gewährleisten, dass die Verbesserungen des technischen Verhaltens erzielt werden. Außerdem wird PU-Schaum vorzugsweise chemisch aufgebaut, um zu gewährleisten, dass seine gewünschten Eigenschaften für die jeweilige Anwendung unter Berücksichtigung von Steifigkeit, Festigkeit, Viskosität, Ermüdungsgrenzen, akustischer Dämpfung, des Temperaturbereiches, der biochemischen und hygroskopischen Eigenschaften, Erhärtungszeit und Lebensdauer richtig sind. So gibt es am Markt frei verfügbare Schäume, die einen Temperaturbereich von -30° bis +80° C vertragen, dampf- und wasserfest sind, nicht schrumpfen oder nachdrücken und fäkalienbeständig sind (dies ist nicht zu vernachlässigen, da immer noch viele Personen-Bahnwagen offene Toilettensysteme haben und somit Fäkalien auf dem Schotter entleeren). Um das gewünschte Verhalten und eine Vorhersagbarkeit zu erzielen, können zusätzliche Stoffe für den PU-Schaum verwendet werden, um die chemischen Eigenschaften noch weiter auszubauen. Es gibt genügend fertig gemischte Schäume mit entsprechenden Eigenschaften, die entsprechend der gegebenen Situation zu wählen sind.
  • Die Erfindung liefert einen stabilisierten Schotteroberbau in einem nach diesem Verfahren hergestellten Bahngleis. Vorzugsweise kann PU-Schaum eingesetzt werden, um die vertikale und/oder Längsstabilität des Unterbaus (z.B. Steifigkeit und Festigkeit) zu erhöhen. Das System ist sorgfältig zu kontrollieren, um zu gewährleisten, dass die Beanspruchungen und Kräfte dynamisch, schwingend oder statisch innerhalb der Ermüdungs- oder Beanspruchungsgrenzen des durch PU-Schaum verstärkten Oberbaus mit einem vorgegebenen Sicherheitsfaktor unter Berücksichtigung der gewünschten Lebenszyklen bleiben. Das Hinzufügen eines PU-Schaums verändert das statische und dynamische Verhalten des aus Teilchen bestehenden Oberbaus positiv und somit auch des gesamten und teilweisen Verhaltens des Unterbaus. Schotteroberbauarten, die durch das zuvor beschriebene Behandlungsverfahren verstärkt und stabilisiert werden, können auch eingesetzt werden zur:
    • kurzfristigen Stabilisierung von überbeanspruchten Unterbauten bis zur endgültigen Sanierung des Streckenabschnitts (z.B. Schlammförderung und "Feuchtpunkte" in einem Bahngleis),
    • vertikalen Seiten- und Längsstabilisierung (in einem Bahngleis z.B. von Übergangskurven, großen Überhöhungen, um z.B. den Wartungsaufwand zu verringern),
    • Stabilisierung von Tunnelgleisen,
    • Verstärkung von Brückengleisen, einschließlich der Übergänge vor und nach Brücken zur Verhinderung von Lastsprüngen,
    • Verringerung von Bahnkörperbeanspruchung durch erhöhte PU-Schaum-Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften,
    • Verhinderung herbeigeführter plastischer Belastung und Zermürbung der Trennung von Teilchen (z.B. durch Splittern) durch nahezu totale Verhinderung der Bewegung der Teilchen,
    • Verringerung des Auftretens von verschmutzten Teilchen,
    • eine PU-Schaum-Membran (z.B. an Berührungsstellen verschiedener Unterbaumaterialien) kann eingesetzt werden, um das Eindringen von Schmutz in den Oberschotter/den Bahnschotter zu verhindern,
    • in Kombination mit der vorzusehenden Drainagematte zur Unterstützung bei der Verhinderung von Spülerosion der Oberfläche und der Unterbauten,
    • Ermöglichung eines Anstiegs angewandter Lasten und der Geschwindigkeit von schwingenden Lasten ohne erhebliche Zunahme bei der Wartung des Unterbaus und zur Verringerung der am Unterbau herbeigeführten Beschädigung auf Grund der angewandten Lasten,
    • Verringerung der Erzeugung und Übertragung von Umgebungslärm,
    • Hochleistungsreinigung (z.B. Sauger) von verstärktem Oberbau zur Aufrechterhaltung der Sauberkeit (Müll, Fäkalien, Laub, Astwerk, Zigarettenreste etc.) bei reduzierten Kosten ist - wenn gewünscht - möglich, indem die Schotterflächen zwischen den Schwellen mit einem anderen Material (UV beständig) in einem Arbeitsgang verklebt werden,
    • Verbesserung der statischen und dynamischen Leistungsparameter des Ober- und Unterbaus.
  • Die Zusammensetzung des Schaums wird auf Grundlage der gemäß Verbund geforderten Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften ausgewählt. Insbesondere die Zugfestigkeits- und Scherfestigkeitseigenschaften des Schaums werden als Teil des Konstruktionsprozesses bestimmt. In Gebieten mit schlechten geologischen Formationen werden die Schaumeigenschaften (z.B. Steifigkeit) so ausgelegt, dass sicherzustellen ist, dass über dem schwachen Bereich ein wirksames polsterartiges Fundament aus stabilisiertem Schotter errichtet wird. Ist die Steifigkeit groß genug, erfolgt eine gleichmäßigere Belastungsverteilung an der Berührungsstelle mit dem Bahnkörper.
  • Bei Weichen mit hohem Wartungsaufwand werden die Schaumeigenschaften so ausgewählt, dass die großen vertikalen Kräfte wirksamer unter der Weiche verteilt werden, jedoch weiterhin gute Dämpfungseigenschaften des Verbunds beibehalten werden. Ein Anheben der Schwelle durch die Einbringung des Schaums ist weitestgehend ausgeschlossen.
  • Beim Neubau von Gleisen können Bohrungen in die Schwellen an verschiedenen Stellen bei der Produktion vorgesehen sein, damit das aufschäumende Material in den darunter liegenden Schotter direkt injiziert werden und diesen vollständig stabilisieren kann.
  • Zur höhen-/seitenmäßigen Justierbarkeit sind beim Neubau von Strecken am Markt verfügbare - dem Stand der Technik entsprechende - Schienenbefestigungen (bekannt aus dem Einbau z.B. bei "Festen Fahrbahnen") vorzusehen bzw. einzubauen, um eventuelle Setzungen aus dem Untergrund nachträglich regulieren zu können.
  • Wie aus den Beschreibungen und aus den anliegenden Zeichnungen zu ersehen ist, besteht der Gleiskörper aus verschäumtem Schotter und aus unverschäumtem Schotter.
  • Der verschäumte Bereich befindet sich immer unter der Schwelle und in den lastabtragenden Bereichen. Hierdurch entsteht ein kegelartiges verschäumtes Gebilde im Umfeld der Schwelle.
  • Durch die z.B. zweigleisige Trassenführung auf geraden Strecken oder in Bögen mit den nötigen Gleisüberhöhungen entstehen durch die gewählte sparsame Verschäumung des Schotterkörpers Bereiche, in denen das anfallende Niederschlagswasser nicht in der gewohnten Weise wie bei einem komplett offenen Schotterkörper abgeführt werden kann.
  • Die gewählte Ausführungsform mit der auf dem Unterplanum verlegten Kunststoffdrainagematte trägt dieser Problematik Rechnung.
  • In allen Fällen findet das Niederschlagswasser in den Problemzonen Zugang zu den Kunststoffdrainagematten und wird hierüber geordnet und nach außen abgeführt.
  • Das Wasser hinterlässt durch die gewählte ganzflächige Verlegung unter dem Schotter keinerlei Erosionsspuren auf dem Unterplanum und trägt hierdurch zur Schonung des Unterbaues des Gleises bei.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
    • Fig. 1
    einen Vertikal-Querschnitt durch einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Gleisoberbau für einen eingleisigen Streckenabschnitt,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf den Gleisoberbau gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Vertikal-Längsschnitt durch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Gleisoberbau für einen eingleisigen Streckenabschnitt, und
    Fig. 4
    einen Vertikal-Querschnitt durch einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Gleisoberbau für einen Doppelgleis-Streckenabschnitt.
  • Ein durch das Verfahren herstellbarer Gleisoberbau ist in einer ersten Ausgestaltung in den Fig. 1 bis 3 gezeigt. Der Gleisoberbau befindet sich auf einem Untergrund bzw. Unterplanum 12, das wie üblich geneigt ist und eine Schutzschicht aus Asphalt oder Kies aufweisen kann. Auf dem Untergrund 12 (Planum) liegt eine Drainagematte 14, auf der ein Schotterkörper 16 aus einzelnen Schottersteinen 18 angeordnet ist (in der Fig. 1 und 2 angedeutet und in Fig. 3 teilweise detailliert gezeigt). In dem oberen Bereich des Schotterkörpers 16 sind (Holz-, Beton- oder Stahl-)Schwellen 20 eingebettet, an denen über insbesondere höhenverstellbare Befestigungspunkte (bei 22 angedeutet) die Schienen 24 befestigt sind.
  • Ausgehend von den Schwellen 20 sind im Schotterkörper 16 die Lastabtragungsbereiche 26 definiert, innerhalb derer die bei Überfahrt der Schienen 24 auftretenden Lasten auf den Untergrund 12 übertragen werden.
  • Im Schnitt gemäß Fig. 3 stellen sich diese Lastabtragungsbereiche 26 trapezförmig dar. Innerhalb des dem Untergrund 12 zugewandten Endbereichs des Schotterkörpers 16 gehen die Lastabtragungsbereiche 26 ineinander über. In der Draufsicht stellt sich der Lastabtragungsbereich 26 wie in Fig. 2 gezeigt dar. Die Bereiche zwischen benachbarten Lastabtragungsbereichen 26 sind im Wesentlichen V-förmig.
  • Vor der Inbetriebnahme des Gleisoberbaus 10 wird der Schotterkörper 16 gestopft und zur Bewirkung einer Erstsetzung in Vibrationen versetzt. Erfindungsgemäß sind nun die Hohlräume zwischen den Schottersteinen 18 innerhalb der Lastabtragungsbereiche 26 vollständig ausgeschäumt, und zwar mit einem PU-Schaum 28, der entsprechend den Anforderungen und Belastungen eingestellt ist. PU-Schäume lassen sich bezüglich z.B. Druckfestigkeit, Haftung und Schäumungsverhalten den jeweils gestellten Anforderungen entsprechend einstellen, was grundsätzlich allgemein bekannt ist und zu einem für den jeweiligen Anwendungsfall optimalen Schaummaterial führt. Die Schottersteine 18 innerhalb der Lastabtragungsbereiche 26 sind somit lagefixiert; unterhalb der Schwellen 20 befinden sich unterseitige Besohlungen 30 aus einem (elastischen) Kunststoffmaterial. Der Schaum 28 kann auch seitlich der unteren Bereiche der Schwellen 20 angeordnet sein, so dass diese von mit dem Schaum 28 versehenen Schotterkörperbereichen eingebettet sind. Wie insbesondere anhand von Fig. 3 zu erkennen ist, bleiben also bei dem Gleisoberbau 10 die Bereiche 32 des Schotterkörpers 16 zwischen den Lastabtragungsbereichen 26 frei von Schaum, so dass Niederschlagswasser quer durch den Gleisoberbau 10 abfließen kann. Durch Einbringung einer Neigung längs der bei 34 in Fig. 3 angedeuteten Berührungslinie zweier benachbarter Lastabtragungsbereiche 26, die die Sohle einer Zone 32 bildet, wird dieser Abfließvorgang zusätzlich unterstützt. Niederschlagswasser, welches seitlich des Gleises außerhalb der Lastabtragungsbereiche 26 auf den Schotterkörper 16 auftrifft (in Fig. 1 bei 34 angedeutet) oder das seitlich am Schotterkörper 16 ansteht, fließt über die Drainagematte 14 unterhalb des Gleisoberbaus 10 ab.
  • Der Vorzug einer Drainagematte 14 unterhalb eines Gleisoberbaus wird insbesondere bei einer zwei- oder mehrgleisigen Strecke deutlich, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Soweit die Einzelbestandteile des Gleisoberbaus 10' der Fig. 4 identisch bzw. gleich den Einzelbestandteilen des Gleisoberbaus 10 der Fig. 1 bis 3 sind, sind sie in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Niederschlagswasser, das sich innerhalb der Zonen 34 des in Fig. 4 rechten Teils des Schotterkörpers 16 sammelt, fließt zur Mitte 38 des Schotterkörpers 16 ab, von wo aus es durch den in Fig. 4 linken Teil der Drainagematte 14 unterhalb des in Fig. 4 links dargestellten Gleises abfließt.
  • Für die Einbringung des Schaums in das Schotterbett eignet sich z.B. folgende Vorrichtung:
    Bahngleise werden herkömmlich in Schotterbetten auf Schwellen aus unterschiedlichen Materialien verlegt. Da Holzschwellen nur mit problematischen Stoffen konserviert werden können, werden überwiegend Beton- oder Stahlschwellen eingesetzt. Die Kräfte aus der Masse der Züge und den dynamischen Wirkungen aus der Fahrt der Züge werden von der Schiene über die Schwelle in den Schotterkörper übertragen. Dieser Lastabtrag findet wesentlich in einem Bereich mit einem Winkel von 60° statt. Durch die eingetragenen Kräfte wird in dem viskosen Schotterbereich die Bewegung der Schottersteine bedingt, die ähnlich wie bei Flussschotter zur Abrasion der Kanten führt und so eine Abrundung der Schotterstücke nach sich zieht.
  • Um diese Effekte zu verhindern, wird der Schotterkörper im Bereich des Lastabtrags mit Schaum, nämlich Polyurethan, fixiert. Der Schaum umschließt die Schotterstücke formschlüssig und bildet mit ihrer Oberfläche eine dauerhafte Verbindung. Der Schaum wird flexibel eingestellt und verändert die Morphologie des Schotterbettes nicht. Das statische Gerüst des Schotters bleibt also vollständig erhalten. Im oberen Bereich dieses ausgeschäumten Schotterkörpers wird die darauf lastende Beton- oder Stahlschwelle oder Weichenkonstruktion mit dem Schaum dauerhaft eingeklebt. Der bei Holzschwellen durch das Einkrallen der Schottersteine in die Schwellenunterseite erzielte Effekt der Übertragung horizontaler Kräfte in das Schotterbett wird dadurch erheblich verbessert und fixiert.
  • Neben der Fixierung wird als weiterer Effekt eine erhebliche Reduzierung der Übertragung von Schwingungen aus dem Gleiskörper sowohl über den Boden als auch durch die Luft erreicht.
  • Zur Abführung von Niederschlagswasser, das sich zwischen den Gleisen und den ausgeprägten Schaumkegeln sammeln kann, wird unter den Schotterkörper eine Drainagematte aus strukturiertem Gummirecyclat eingebracht. Die Matte ist so gefertigt, dass sie das Niederschlagswasser horizontal unter dem Schotterkörper ableitet. Die Matte ist beidseitig von einem Vlies, insbesondere Geotextil, umgeben, womit eine Verstopfung des Porenvolumens der Matte langfristig verhindert wird. Zur Vereinfachung des Einbaus ist an den Längskanten das Geotextil wechselweise überstehend ausgeführt, so dass die Stoßkante zur jeweils nächsten Matte überdeckt wird, d.h., dass das Vlies auf der Oberseite an ein oder zwei Kanten der Matte und das Vlies an der Unterseite an ein oder zwei der den zuvor genannten Kanten gegenüberliegenden Kanten übersteht.
  • Für die Einbringung des Schaums in das Schotterbett wird vorzugsweise folgende nicht unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallende Vorrichtung verwendet:
    In ein bestehendes, mit einer Reinigungsmaschine gewaschenes und mit einer Drainagebahn versehenes oder nach Vorgabe neu hergestelltes Gleisbett (gewaschener Schotter, Drainagebahn) wird der Schaum mit einer Vorrichtung eingebracht, die auf ein Schienenfahrzeug aufgebracht ist. Diese Vorrichtung besteht aus folgenden Abschnitten:
    • Triebfahrzeug,
    • Vorratslager für je einen Tank für die Komponenten des Schaums,
    • Vorratslager für Brennstoff zur Aufheizung und Trocknung des Gleiskörpers,
    • Heiz- und Trocknungseinheit, Pressluftversorgung,
    • Schaumapplikator,
    • Mess- und Regeleinheit mit Dokumentation.
  • Als Triebfahrzeug wird ein Fahrzeug mit der Möglichkeit eines Schrittbetriebes zur Verfahrung von < 1 m/sec eingesetzt, mit dem die Anlage mit cm-Genauigkeit versetzt werden kann.
  • Die Vorratsläger werden mit KTCs bestückt, die werksseitig gefüllt und mit einem Kran aufgesetzt und abgehoben werden können.
  • Die Heiz- und Trocknungseinheit besteht aus einer oder mehreren absenkbaren Glocken, in die Heißluft aus einem Stützbrenner in einer Luftleitung durch Gebläse gefördert wird. Die Glocken werden zum Schotterkörper und zu den Schienenbereichen hin mit einem Dichtungswulst versehen, damit möglichst keine Warmluft nach oben aus dem Schotterbett entweichen kann sondern möglichst ausschließlich seitlich. Diese Einheit wird dreifach hintereinander gesetzt, um je nach Außentemperatur und Feuchtigkeit des Schotters die notwendigen Parameter für die Verschäumung einstellen zu können. Mit Hilfe eingebauter, ausklappbarer Elemente, die innen an den Wärmeaggregaten befestigt sind, kann die Wärme separat auch auf die Schienen geleitet werden, um diese auf eine bestimmte Arbeitstemperatur zu erwärmen oder aber abzukühlen. In diesem Falle werden Kälteaggregate im Luftweg aktiviert, die für die Abkühlung der Schienen diese mit Kaltluft umspülen. Die Beheizung kann mit Mineralölprodukten, Gas oder aber mit natürlichen Pflanzenölen erfolgen. Die Abgaswärme und die Abwärme des Triebfahrzeugs können ebenfalls genutzt werden. Die warme, feuchtigkeitsgesättigte Luft tritt seitlich des Schwellenbereichs aus dem Gleis- bzw. Schotterkörper aus. Die hierbei im seitlichen Bereich einsetzende Kondensation stört nicht, da sie nicht im Bereich des Lastabtrags stattfindet, der Ziel der Schaumfixierung ist. Durch Messung der Feuchte der austretenden Luft wird der Erfolg der Behandlung des Schotters kontrolliert und gesteuert.
  • In den erwärmten und getrockneten Schotter wird erfindungsgemäß der Schaum appliziert. Hierzu wird vorzugsweise eine Vorrichtung verwendet, die aus je bis zu 8 Austragsdüsen für jede Schwellenseite besteht und mehrere Schwellen, z.B. 10, gleichzeitig bedienen kann. Die Schaumlanzen können einzeln oder zusammen auf den Schotterkörper durch eine Vortriebseinrichtung abgesenkt werden. Die notwendige Absenkung wird durch die Bestimmung der Neigung des Gleiskörpers von einem Prozessrechner für jede Düse einzeln errechnet. Innerhalb der Vorrichtung sind die Düsen durch seitliche Antriebe versetzbar und werden durch Messeinrichtungen direkt neben dem Schwellenkörper positioniert. Nach dem Absenken der Lanzen auf den errechneten Punkt wird der vom Prozessrechner gesteuerte Schäumungsvorgang ausgelöst und dokumentiert. Hierbei werden durch Pumpen für jede Düse in den Mischkopf am oberen Ende der Düse die errechneten Mengen der Komponenten gepumpt, dort vermischt und in den Schotterkörper gepresst. Der Rechner erkennt den Endpunkt des Schäumungsprozesses und stellt die Pumpen ab bzw. schließt die Ventile am Mischkopf. Sofort wird die Lanze mit Pressluft freigeblasen.
  • Die Vorrichtung wird nach diesem Takt hochgefahren, gleichzeitig mit den Heizglocken. Während der Phase des Versetzens der Vorrichtung werden die Lufterwärmung und die Gebläse ausgeschaltet. Die Maschineneinheit kann danach verfahren werden, um den Vorgang am anschließenden Segment zu wiederholen.
  • Die Düsen sind auswechselbar an einem Teil montiert, das als Träger für die vertikale Einbringung in den Schotterkörper den Antrieb aufnimmt. Hierauf ist der Mischkopf angebracht. Der untere Rand der Düse ist angeschrägt, so dass die Düse nicht auf einem Schotterstein aufliegen kann und damit einen Verschluss der unteren Öffnung herstellt. Die Spitze des Düsenkörpers sorgt entweder für die Verdrängung eines ungünstig liegenden Steins oder aber für ausreichend offene Fläche, um ein ungehindertes Austragen der Schaumstoffkomponenten zu gewährleisten.
  • Die Einstellung des Schaums hinsichtlich der Startzeit für die Schäumungsreaktion und der Reaktionszeit erfolgt so, dass sich im Schotterbett eine kegelförmige Schaum-Struktur ausbildet und damit der Schotterkörper von der Sohle bis zur Schwellenunterkante im Lastabtragskegel fixiert wird.
  • Auf die Lanzen kann verzichtet werden, indem Auslassdüsen für das schäumbare reaktive fließfähige Gemisch oberhalb des Schotterbetts angeordnet bzw. positioniert werden. Die Düsen sind entweder stationär oder quer über den Gleiskörper verfahrbar. Das reaktive Gemisch ist derart eingestellt, dass der Schaumbildungsprozess beginnt, wenn das fließfähige Gemisch den untersten Bereich des Schotterkörpers erreicht hat. Somit erfolgt die Schaumbildung quasi von unten nach oben aufsteigend. Je nach der Höhe des Schotterbetts an der Positiven der Düse wird die Rate, mit der das Gemisch auf das Schotterbett aufgebracht wird, verändert (je höher das Schotterbett desto grösser die abgegebene Menge pro Zeiteinheit). Damit wird über die gesamte Breite des Schotterbetts unterhalb des Gleiskörpers die jeweils aufgrund der Höhe des Schotterbetts erforderliche Menge an Gemisch eingebracht. Die Einbringung des Gemisches erfolgt beidseitig (d.h. in Erstreckung der Schienen vor und hinter den Schwellen direkt neben dieser) einer jeden Schwelle vorzugsweise gleichzeitig. Damit gelangt das Gemisch entsprechend seiner Viskosität von beiden Seiten der Schwelle auch unter diese, indem es sich in dem Schotterkörper kegelförmig nach unten ausbreitet. Durch den von unten beginnenden Schäumungsprozess gelangt dann in der Folge reaktives Gemisch von unten bis unter die Schwellen, indem die fortschreitende Schaumfront noch nicht reagiertes Gemisch von unten in Richtung der Schwelle drückt.
  • Die Düsen zur Schaumeinbringung sind an einem Geräteträger an einer der Einbringposition entsprechenden Stelle montiert. Dieser Träger lässt sich durch hydraulische oder elektrische Stellmotoren sowohl rechtwinklig, d.h. quer zum Gleis, als auch nach oben und unten verfahren. Hierdurch ist gewährleistet, dass sämtliche berechneten Einbringpositionen für das reaktive Gemisch vorschriftsmäßig bedient werden können.
  • Voraussetzung für das hier beschriebene System für ein Schotterbett unterhalb von Gleisen, Weichen und Kreuzungen ist ein gewöhnlich hergestellter, abgenommener Gleiskörper aus Schotter, Schwelle und Schienen mit folgenden Abweichungen:
    • Es sollte ausschließlich gewaschener Schotter verwendet werden, ohne Staubanteile.
    • Zwischen Schotter und Unterbau ist eine Drainagematte einzubringen. Die Matten sollten zweckmäßigerweise ohne Fehlstellen verlegt werden, so dass der Abfluss von Wasser aus dem Zwischenraum der Gleise komplett seitlich erfolgen kann.
  • Nach Abnahme des Gleiskörpers wird der Schotter zwischen den Schwellen und außerhalb der Lastabtragungsbereiche entfernt (und z.B. seitlich gelagert). Nach Verschäumung wird nach einer Wartezeit von z.B. 24 h der Schotter wieder eingebaut.
  • Das Einbringen des Schaums wird mit einer Anlage ausgeführt, die folgende Arbeitsschritte ausführt:
    • Herbeiführung der optimierten Bedingungen für die Verschäumung durch Trocknung und Erwärmung des eingebauten Schotters, wobei die Taktzeit der Erwärmung in Abhängigkeit von der Schotterhöhe, d.h. des Schottervolumens, gesteuert wird. Die Konditionierung erfolgt durch Einblasen von Warmluft in den Schotter.
    • Einbringen des schäumbaren fließfähigen Reaktionsgemisches, gesteuert nach Schotterhöhe, die über die gemessene Gleisneigung vom Prozessrechner errechnet wird, so dass der Lastabtragskegel unter den Schwellen ausgeschäumt und damit fixiert wird.
    • Die dosierten Mengen werden für jeden Applikationspunkt errechnet, gesteuert, protokolliert und dokumentiert, so dass im Rahmen einer automatischen Qualitätssicherung Fehlstellen sofort ermittelt und damit ausgeschlossen bzw. nachgebessert werden können.
    • Der Schaum wird mit automatischen Dosier- und Mischanlagen hergestellt, so dass damit eine konstante Qualität gesichert werden kann. Die Komponenten werden in den Leitungen vom Tank zum Mischer thermostatisiert.
    Umweltverträglichkeit
  • Das Verfahren des Einbaus hat keine umweltrelevanten Einflüsse. Die Komponenten des Schaums werden in geprüften und zugelassenen Behältern transportiert (GGVS/GGVE/IMO), eine Lagerung an den Baustellen findet nicht statt, der Transport erfolgt just in time.
  • Die Verarbeitungsanlage ist so gesteuert, dass beide Komponenten nur gleichzeitig gefördert und vermischt aus der Anlage austreten können. Es kann also nur ein Schaum austreten, der nicht als Gefahrstoff eingestuft wird und keine toxischen Wirkungen entfalten kann. Die Polymerisationsreaktion ist bereits nach 20 sec abgeschlossen. Während dieser Zeit ist das System nicht zugänglich.
  • Der Schaum enthält nur einen sehr kleinen Anteil an Katalysatoren, die den Aminen zuzuordnen sind und mit Regenwasser ausgewaschen werden können. Es handelt sich bei diesen Stoffen um biologisch sehr leicht abbaubare Substanzen mit extrem kurzer biologischer Halbwertszeit. Die Versuche zeigen bereits nach kurzer Einwirkzeit ein signifikantes Abklingen des Eluatwertes im TOC, was mit den Erwartungen übereinstimmt. Die restlichen Stoffe des Schaums sind nach dem Auspolymerisieren, was bereits nach ca. 20 sec eingetreten ist, völlig wasserunlöslich. Ein Auflösen von Teilen des Schaums auch in anderen Lösemitteln ist nicht möglich, so dass nach dem Abklingen der Eluation der katalytischen Amine absolute Umweltneutralität erreicht wird unter Einhaltung der Einbauregelungen.
  • Im Brandfall kann man davon ausgehen, dass Polyurethane selbstverlöschend sind, was in gleichem Masse auch für die als Drainagematte verwendete Gummibahn gilt, die als Baustoff in B2 eingestuft werden kann. Die bei der Verbrennung entstehenden Gase und Stoffe, die durch Löschwasser ausgetragen werden können, sind weitestgehend als ungiftig anzusehen. Sicher sind Szenarien denkbar, in denen durch unvollständige Verbrennung bei unterstöchiometrischer Sauerstoffversorgung giftige Gase wie Kohlenmonoxid in großer Menge entstehen können. Dies wäre aber nicht den Einsatzstoffen sondern einer topografischen Situation zuzuschreiben, die dann bereits aus sich heraus zu negativen Auswirkungen bis hin zu letalen Effekten führen könnte.
  • Um in jedem Fall die Brandlasten zu reduzieren, werden in Tunnelstrecken die Produkte mit einer hoch stickstoffhaltigen Substanz angereichert, so dass sie praktisch nicht brennbar werden.
    • Rückbau - Recycling
  • Für den Fall des Rückbaus einer Strecke, ohne Rücksicht auf den Grund des Rückbaus, kann der ausgeschäumte Körper abgetragen und in einem hierfür entwickelten Verfahren in einem Drehrohrofen zu sauberem Schotter aufgearbeitet werden. Die thermische Zersetzung des Polyurethans erfolgt hierbei bei Temperaturen < 550 °C, so dass die Schottersteine morphologisch nicht beeinträchtigt werden, also ohne jede weitere Behandlung wieder eingebaut werden können.
  • Die Drainagebahnen werden aufgenommen und der stofflichen Verwertung zugeführt. Es entsteht das identische Produkt.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches (28) auf der Basis eines Polyurethans von oben in Teilbereiche eines Schotterkörpers (16) eines Gleisoberbaus, mit in diesem eingebetteten Schwellen (20), wobei bei dem Verfahren
    - der Schotter erwärmt und getrocknet wird,
    - das Reaktionsgemisch (28) seitlich der Schwellen (20) in den erwärmten und getrockneten Schotterkörper eingebracht wird,
    wobei das Einbringen des schäumbaren Reaktionsgemisches (28) mit einer Schäumungsprozesszeitsteuerung erfolgt, wobei die Startzeit der Schäumungsreaktion des Reaktionsgemisches (28) derart eingestellt ist, dass der Schaumbildungsprozess erst dann beginnt, wenn die Front des innerhalb des Schotterkörpers (16) nach unten fließenden Reaktionsgemisches (28) die Unterseite bzw. den unterseitennahen Bereich des auf einem Untergrund liegenden Schotterkörpers (16) erreicht hat, sodass die Schaumbildung innerhalb des Schotterkörpers (16) von unten nach oben bis unter die Schwellen (20) erfolgt und sich im Schotterkörper (16) eine kegelförmige Schaum-Struktur ausbildet, sodass der Schotterkörper (16) von dessen Sohle zur Schwellenunterkante in einem Lastabtragskegel der Schaumstruktur fixiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schotter zwischen den Schwellen (20) und außerhalb der Lastabtragungsbereiche des Schotterkörpers (16) vor dem Einbringen des Reaktionsgemisches (28) entfernt und nach der Ausschäumung als UV-Schutz des oberseitennahen Bereichs des Schaumes wieder auf den Schotterkörper (16) zwischen den Schwellen (20) aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Vorbereitung eine Konditionierung des Schotterkörpers durchgeführt wird, indem
    - in den Schotterkörper (16) von oben Warmluft eingebracht wird, die seitlich des Schotterkörpers (16) austritt, wobei die relative Luftfeuchtigkeit der austretenden Luft ermittelt wird und der Prozess der Erwärmung des Schotterkörpers (16) beendet wird, wenn die mittlere Luftfeuchtigkeit geringer ist als ein vorgebbarer Schwellwert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeuchtigkeit der seitlich aus dem Schotterkörper (16) austretenden Luft an mehreren Stellen ermittelt wird und aus diesen einzelnen Luftfeuchtigkeitswerten ein Mittelwert gebildet wird, und dass die Erwärmung des Schotterkörpers (16) beendet wird, wenn die mittlere Luftfeuchtigkeit geringer ist als ein vorgebbarer Schwellwert.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch (28) in Abhängigkeit von der Höhe des Schotterkörpers (16) an der Applikationsstelle in einer Menge, die umso größer ist, je weiter oben sich die Applikationsstelle in dem Schotterkörper (16) befindet, eingebracht wird.
  6. Verfahren zur Erstellung eines teilverschäumten Gleisoberbaus für einen Schienenweg auf einem quer zu dessen Erstreckung geneigten Untergrund, bei dem
    - falls gewünscht, auf dem Untergrund eine elastische Drainagematte (14) angeordnet wird,
    - ein Schotterkörper (16) aus einzelnen, zwischen sich Hohlräume aufweisenden Schottersteinen (18) gebildet wird, und zwar auf den Drainagematten (14), sofern diese vorhanden sind,
    - in den Schotterkörper (16) Schwellen (20) eingebettet werden,
    - an den Schwellen (20) Gleise (24) befestigt werden, und
    - zur Lagefixierung der im Wesentlichen lediglich innerhalb von Lastabtragungsbereichen (26) des Schotterkörpers (16) unterhalb der Schwellen (20) befindlichen Schottersteine (18) in die Hohlräume zwischen diesen ein schäumbares Reaktionsgemisch (28) eingebracht wird, und zwar gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  7. Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottersteine (18) vor der Erstellung des Schotterkörpers (16) und/oder vor der Einbringung des Reaktionsgemisches (28) in den Schotterkörper (16) gewaschen werden.
  8. Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schotterkörper (16) vor dem Einbringen des Reaktionsgemisches (28) erwärmt wird.
  9. Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schotterkörper (16) Schwellen (20) mit einer Besohlung (30) aus einem elastischen Material, insbesondere Kunststoffmaterial, eingebettet werden.
  10. Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schotterkörper (16) vor dem Einbringen des Reaktionsgemisches (28) gestopft und/oder zur Erstsetzbildung in Vibrationen versetzt wird.
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