WO1994026975A2

WO1994026975A2 - Lagestabiler eisenbahnoberbau

Info

Publication number: WO1994026975A2
Application number: PCT/EP1994/001526
Authority: WO
Inventors: Klaus Meurer; Günter Fasterding
Original assignee: Projektgemeinschaft Feste Fahrbahn System Sato Gleisrost Mit Beton- Oder Stahlschwellen Asphalt- Oder Betonfahrbahn Gmbh
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1994-11-24
Also published as: ATE159306T1; DE4493043D2; ES2110240T3; WO1994026975A3; HU9503231D0; PL173957B1; SK140395A3; EP0698143B1; HUT76896A; CZ286773B6; DE9308783U1; EP0698143A1; PL311630A1; DE59404355D1; CZ288995A3; HU215794B; SK284344B6; AU6843794A

Abstract

Es wird ein lagestabiler Eisenbahnoberbau und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Oberbaus vorgeschlagen, der schienentragende Schwellen aufweist, die auf einer festen Asphalt- oder Betontragschicht aufliegen, wobei die Schwellen (2) mit mindestens einem, sich parallel zu den Schienen (3) unterhalb der Sohle (9) der Schwelle und von dieser nach unten weg erstreckenden, Profil (7) einerseits fest verbunden ist und dieses Profil (7) andererseits in der Tragschicht (1) verklebt wird. Als Klebstoff wird vorzugsweise ein Polymer-Klebstoff verwendet, der hohe Affinität zu einem Stahlprofil und den Materialien der Tragschicht hat. Die Verankerung der Profile in der Tragschicht geschieht vorzugsweise in einer eingefrästen Nut (8), die lagegenau für vorgefertigte Schwellen mit entsprechenden Profilen an der Sohle herzurichten ist.

Description

Lagestabiler Eisenbahnoberbau

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen lagestabilen Eisenbahnoberbau mit fester Fahrbahn sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Oberbaus.

In der Eisenbahntechnik unterscheidet man zwischen Schot¬ teroberbau und fester Fahrbahn, die meist auf einem Unter¬ bau aus Beton oder Asphaltmischgut ruht.

Ein gattungsgemäßer Oberbau aus mehrlagigen, hochfesten Asphaltschichten und darauf angeordnetem Gleis mit Stahl- schwellen für die Schienenlagerung ist in der deutschen Zeitschrift ETR (28) 5 - 1979, S. 437-438 dargestellt. Eine Y-Schwelle ist in dem Unterbau aus Asphalttragschichten befestigt durch auf ein Blech aufgeschweißte Ankerbolzen durch die Höhe der Schwellen und die Schienenneigung mit

Hilfe entsprechender Befestigungsmittel für den Ankerbolzen an der Schwelle justiert wird. Die Sohle der Schwelle, wel¬ che aus parallelen H-Profilen besteht ist durch zwei und im Bereich unter der Schiene angeordnete Profilelemente mit- einander verbunden. Die durch diese Profile entstehende

Fuge zwischen der Oberfläche der Asphalttragschicht und der Sohle der Schwelle bzw. über die Schwellenunterkante hinaus ist mit einer Spezial ergußmasse ausgefüllt. Zwischen der Schiene und der Schwellenoberseite ist eine elastische Gum- miplatte angeordnet, während unter der Schiene selbst, die in einer Rippenplatte geführt wird nochmals eine Zwischen¬ lage aus Kunststoff angeordnet ist. Der aufgeschweißte An¬ kerbolzen hat außer der Aufgabe des Nivellierens der Schwelle bzw. der Schiene noch die Funktion hohen ider- stand gegen Seitenkräfte, Querverschiebekräfte sowie gegen aus der Schienenbiegung resultierende, die Schwelle abhe¬ bende, Kräfte das Gleis in der Sollage zu stabilisieren. Gemäß der DE-OS 35 17 295, die einen ähnlichen Oberbau of¬ fenbart, können die Y-Schwellen an ihrer Auflagefläche an der Schwellenunterseite auch zusätzlich mit einem thermo¬ plastischen Kleber auf einer Asphalttragschicht verklebt sein.

Aus der DE-OS 37 22 627 ist bekannt, den Querverschiebewi- derstand von Y-Stahlschwellen im Schotterbett dadurch zu vergrößern, daß unter die Schwellen Querriegel geschweißt werden.

Aus der US-PS 4 285 155 und der DE-OS 28 06 128 ist be¬ kannt, Stahlschwellen auf U-förmigen Stahlprofilen zu ver- schrauben, die ihrerseits in einem Unterbau eingegossen sind. Bei dieser Version ist eine punktgenaue Verlegung der Schwellen erforderlich, was zum Beispiel bei Kurvenradien in Praxis völlig unmöglich ist. Außerdem ist eine Aushär¬ tung des Betons abzuwarten, bevor die Schwellen verschraubt werden, weil sonst die U-Profile wegen des größeren ider- Standsmomentes der Schwellen aus der Sollage im Beton gezo¬ gen werden.

Aus der DE-PS 12 75 081 ist bekannt, sogenannte Zwei-Block- Schwellen in wannenförmigen Ausnehmungen eines Betonunter- baus unter Zwischenfügung eines Elastomer-Materials von geschlossenzelliger Struktur in dem Unterbau zu lagern und die Schienen auf der Betonschwelle selbst durch Einfügen einer Unterlegplatte aus gerilltem Gummi elastisch an der Schwelle zu befestigen.

Schließlich ist aus der DE-OS 19 22 055 bekannt, durchge¬ hende Schwellen ebenfalls vollflächig gegen den Betonunter¬ bau auf einer dicken elastischen Zwischenschicht so zu la¬ gern, daß die auf die Gleise einwirkenden Kräfte sowohl nach unten wie nach den Seiten im wesentlichen oder aus¬ schließlich durch elastische Zwischenschicht übertragen werden. Dabei kann die Schwelle auch mit einem von der Un- terseite hervorragende Höcker ausgebildet werden, die in einer Ausnehmung des Betonunterbaus unter Zwischenfügung der elastischen Zwischenschicht ruht. Diese Schicht soll aus Kunststoffschäum oder aus einem Gemisch von bituminösen Bindemitteln, Mineralstoffen und Gummischrott und/oder

Kautschuklatex bestehen. Fakultativ ist angegeben, daß die Schwellen auch aus Stahl oder Holz oder Kunststoff bestehen können und ebenso der Unterbau aus Beton oder Stahl oder Kunststoff bestehen kann. Desweiteren ist fakultativ ange- geben, daß die Schwellen, die elastische Zwischenschicht und der Unterbau, wenn notwendig, miteinander verklebt wer¬ den können. Die Lehre für den Fachmann aus der Erfindung ist die Anordnung einer elastischen Zwischenschicht, nach der gegebenen Darstellung möglichst gleichmäßig dick, zwi- sehen Schwelle und Unterbau zur Dämpfung der Schwingungen und Geräusche, wobei die entsprechenden Seitenkräfte und nach unten gerichteten Kräfte nur über diese elastische Schicht übertragen werden.

Letztlich ist aus der DE-OS 41 13 566 bekannt, Duo-Block- Schwellen oder Monoblockschwellen aus Beton auf einer Asphalttragschicht mit einem breiten mittleren Querkraft- sockel zu verlegen. Die Rinne für den Querkraftsockel kann dazu gefräst sein, nachdem eine genau nivellierte Trag- schicht erzeugt wurde. Diese Bauweise bietet keine Lösung gegen die Abhebewelle, sonder nur gegen Querverschiebung des Gleisrostes.

Dem gegenüber liegt der Erfindung das Problem zugrunde, neben den auf die Schwellen seitlich wirkenden Querver- schiebekräften auch die Abhebewelle, d.h. Kräfte, resultie¬ rend aus der Schienendurchbiegung, die Schwelle abheben wollen, zu kompensieren, sowie ein preiswertes, schnelles Verlegeverfahren für alle Schwellentypen, insbesondere auch für leichte Schwellen aus Stahl oder Holz oder ähnlichen Materialien, vorzuschlagen, die bei einem derartigen Ober¬ bau Verwendung finden kann. Die Probleme werden erfindungsgemäß gelöst durch die An¬ sprüche 1 und 8. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Er¬ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aus dem Gleisbau ist der, in Schotterbetten leicht zu beob¬ achtende, häufig auftretende Pumpeffekt, resultierend aus einer Kippbewegung der Schwellen bekannt. Bei einem heute angestrebten elastischen Lauf eines Zuges über das Gleis ist die Ursache, eine Durchbiegung der Schienen, unvermeid- lieh. Diese Schienendurchbiegung, resultierend aus den ört¬ lichen Radlasten, hat eine Abhebewelle für die davor und dahinter liegenden Schwellen zur Folge. Diese macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn das Gleis auf einem fe¬ sten Unterbau aus Beton oder Asphaltmischgut besteht und leichte Schwellen, z.B. aus Holz, Beton oder Stahl, bei¬ spielsweise in Form von Trogschwellen, Schwellen aus H-för- migen Stahlprofilen aber auch Y-Stahlschwellen verwendet werden. Das Problem ist nicht so gravierend bei Betonschw¬ ellen, wenn diese ein so hohes Gewicht haben, daß die Ge- wichtskräfte höher sind als die Abhebekräfte. Die Abhebe- kräfte können beispielsweise etwa 5 kN betragen bei Verwen¬ dung einer Schiene der Bauart UIC 60 und einem Gleisrost mit Y-Schwellen. Jedoch hängt diese Abhebekräft und der Pumpeffekt weitgehend von dem Schienentyp, besser dessen Trägheitsmoment relativ zur Vertikallast, dem Schwellenab¬ stand und dem Schwellengewicht, der Auflagergröße der Schiene auf der Schwelle, der Überrollgeschwindigkeit der Schwelle und der Elastizität der Tragschicht ab. Dies be¬ deutet, es müßten für die variierenden Gegebenheiten unter- schiedliche Bauformen des Oberbaues bereitgestellt werden.

In der Praxis ist auch schon vorgeschlagen worden, derarti¬ ge leichte Schwellen durch Auflegen von Gewichten zu be¬ schweren oder - wie beim Stand der Technik - durch spe- zielle Ankerbolzen niederzuhalten. Die vorliegende Erfindung schlägt nun ein anderes univer¬ sell einsetzbares Befestigungssystem für die Schwellen auf einer festen Tragschicht vor, bei dem unter der Sohle der Schwellen Profile angeordnet werden, die sich in die Trag- schicht hinein erstrecken und mit dieser verklebt werden.

Dazu wird unter anderem vorgeschlagen, die zuvor fertigge¬ stellte Tragschicht oder während der Herstellung derselben, mit einer oder mehreren Nuten, vorzugsweise im Bereich un- terhalb der Schienen, wo die größten Abhebekräfte auf die Schwelle wirken, zu versehen und in diese Nuten Profile einzusetzen, die dann innerhalb der Nuten mit der Trag¬ schicht beidseitig verklebt werden.

Vorzugsweise wird die Tragschicht mit einem Werkzeug z.B. einem Fräser an den Stellen eingenutet, an denen später die Profile liegen. Dabei wird die Fuge größer geschnitten als der Querschnitt der Profile ist, beispielsweise um minde¬ stens 20 mm breiter, um eine genügend große Ausnehmung für einen späteren Verguß der Fuge zu erhalten. Die Nuten wer¬ den in Asphalttragschichten vorzugsweise eingefräst, weil dabei die in der Tragschicht vorhandenen Steine geschnitten werden und diese Schnittflächen als Klebflächen für das anzubringende Klebmittel dienen sollen. Bei Betontrag- schichten reicht dazu in der Regel auch eine aus Zement oder hydraulisch gebundenen anorganischen Materialien ge¬ bildete Klebefläche aus, so daß eine Betontragschicht von vornherein mit einer geformten Nut gefertigt werden könnte. Dazu sollen diese Klebflächen nicht mit organischen Mitteln, wie z.B. pflanzlichen Stoffen oder auch Asphalt- oder Bitumenresten benetzt und auch möglichst frei von Was¬ ser sein, um eine gute Verklebung erzielen zu können.

Als Profil wird insbesondere ein unter die Schwellen zu schweißendes Flachstahlprofil verwendet. Es können jedoch auch anders geformte Profile z.B. T-Profile in die Nute eingesetzt werden, um eine weitere formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung nach Schließen der Fuge mit durch den Kleber zu erhalten.

Diese Profile können, abgestellt auf die Schwellenart, vor- zugsweise bei Stahlschwellen angeschweißt werden, jedoch auch ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, unterge¬ schraubt oder genietet oder auch geklebt werden. Wichtig ist lediglich der feste Verbund der Schwelle mit dem Profil und dessen genügendes Herausragen aus der Schwelle. Bei Betonschwellen können die Profile mit entsprechenden Hal¬ tern bei der Herstellung eingegossen werden oder mit Hilfe von z.B. Durchsteckschrauben mit der Schwelle fest ver¬ schraubt werden.

Bei Y-Schwellen können Profil verwendet werden, die gleichzeitig als Abstandshalter der benachbarten, eine Y- Schwelle bildenden, H-Profile oder Doppel-T-Profile dienen, die unter der Sohle der Schwelle verschweißt sind. Diese ersetzen zugleich Abstandshalter, die zwischen den die Schwelle bildenden Profilen angeordnet sind.

Als Klebmittel zwischen Profil und Tragschicht wird bevor¬ zugt ein vergießbarer, aushärtender Polymer-Kleber einge¬ setzt. Ein solcher Kleber ist z.B. unter dem Warennamen ICOSIT KC der SIKA-Chemie GmbH, als Vergußmaterial, insbe¬ sondere für Straßenbahnschienen, bekannt. Ein derartiger vor Ort anzumisehender und durch entsprechende Aushärtungs- mittel einstellbarer Zwei-Komponenten-Kleber auf Polyureth¬ anbasis oder Epoxidharzbasis hat eine gute Haftung sowohl mit Stahl z.B. mit dem eingesetzten Profil aus Flachstahl, als auch mit dem Gestein der Tragschicht. In frischem Zu¬ stand läßt er sich durch Wasser oder andere Mittel auf¬ schäumen. Aus diesem Grunde sollen die Schnittflächen der Fugen sowohl von organischen Mitteln frei sein, als auch nicht mit Wasser benetzt werden. Klebstoffe, die eine hohe Affinität zu Beton oder zu Bitumen oder sonstigen chemi¬ schen Bindemitteln, z.B. solchen die Beton zugesetzt wer- den, haben, können ebenfalls als Kleber eingesetzt werden, wenn sie gleichzeitig auf Stahl eine genügende Haftung bringen.

Versuche haben gezeigt, daß eine derartige Verbindung zwi¬ schen der Tragschicht und den vertikalen Klebeflächen des Profiles erheblich höheren Kräften standhält, als sie durch die Abhebewelle zu erwarten sind. Bis zum Bruch durchge¬ führte Versuche haben ergeben, daß bei Ausreißen der Profi- le aus der Nut regelmäßig das Gefüge der Beton- bzw. As¬ phalttragschicht gerissen ist und nicht die Verbin¬ dungsstelle zwischen Kleber und den Profilen und/oder der Nutenwand. Auch die Seitenkräfte, die von den Profilen auf die Asphalt- oder Betontragschicht übertragen werden, sind ausreichend wenn die Profile mindestens 30 mm in die As¬ phalt- oder Betontragschicht ragen. Je nach Anwendungsfall, insbesondere bei schweren Schwellen und/oder geringen re¬ sultierenden Abhebekräften bzw. Querkräften, kann es aus¬ reichend sein, nicht jede Schwelle mit einem oder zwei Pro- filen, sondern nur jede zweite oder dritte Schwelle mittels eines Profiles mit der Tragschicht zu verkleben.

Aus Gründen des einfachen Vergießens wird bei den Schwellen kein die gesamte Schwellenbreite überdeckendes Profil an- gebracht, sondern zwei oder mehrere kleine Stücke, die sich einfacher umgießen lassen. Dabei dürfen die Profile seit¬ lich über die Schwelle hinausragen. Gegebenenfalls wird der Stahl und/oder die Fugenseitenfläche mit einem Voranstrich zur besseren Haftvermittlung versehen.

Die dargelegten Versuchswerte bis zum Bruch wurden erreicht nach einer sehr kurzen Aushärtezeit von wenigen Stunden. Daraus resultiert, daß ein derartiger Eisenbahnoberbau bin¬ nen einer Arbeitsschicht herstellbar und wieder befahrbar ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden bei dem erfin¬ dungsgemäßen Eisenbahnoberbau unter der Schwelle keine dicken elastischen Unterlagen angebracht, sondern lediglich eine dünne Haftschicht bzw. eine dünne Schaumstoffschicht, die Unebenheiten der Beton- oder Asphalttragschicht nivel¬ lierend ausgleicht, weil die aufzulegenden Schwellen aus der Massenfertigung heraus eine glatte Unterfläche haben und durch die Zwischenfügung dieser dünnen Schicht eine satte Auflage erzielbar ist. Die eigentliche elastische Schienenlagerung geschieht im Bereich unter der Schiene oder auch, bei Verwendung von Rippenplatten, unterhalb die¬ ser Rippenplatten, aber auf jeden Fall oberhalb der Schwel¬ le. Dies hat den großen Vorteil, daß die federnden Massen geringer sind und nicht das gesamte Schwellensystem gegen Schwingungen zu dämpfen ist.

Der erfindungsgemäße Oberbau kann leicht hergestellt wer¬ den, indem im wesentlichen die üblichen Techniken bei der Herstellung einer Straße angewandt werden, z.B. durch Auf- tragen eines Untergrundes aus Asphaltmischgut oder Beton. Danach können leistungsfähige Fräsen, wie sie handelsüblich im Straßenbau eingesetzt werden, Nuten in die Oberfläche des Unterbaues einschneiden, in die dann die vorgefertigten Schwellen so eingelegt werden, daß die Profile möglichst mittig in den zuvor eingeschnittenen Nuten ihre Sollage er¬ halten. Anschließend werden die Profile mit dem vor Ort vorbereiteten Kleber, beispielsweise dem zuvor beschriebe¬ nen Polymerkleber vergossen oder es werden handelsübliche vorgefertigte Gebinde für das Vergießen der Nuten verwen- det. Falls erforderlich können anschließend die Schwellen¬ fächer mit Schotter oder anderen schalldämpfenden Mitteln verfüllt werden; zumindestens ist bei einem Asphaltoberbau der Sonnenstrahlung durch eine entsprechende Abdeckung, die zugleich schalldämpfend wirken kann, zu begegnen.

Anhand der schematischen Skizze soll die Erfindung näher erläutert werden. Die schematische Figur zeigt die Hälfte des Gleises im Schnitt . Der Eisenbahnoberbau besteht aus einer Tragschicht 1 aus Asphaltmischgut, in den Nuten 8 durch eine Fräsein¬ richtung eingeschnitten wurden. Eine Stahlschwelle 2 mit untergeschweißten Flachstahlprofilen 7 wird unter Zwischenfügung einer dünnen Ausgleichsfolie 4 so auf der Asphalttragschicht 1 plaziert, daß die Profile 7 z.B. 10 mm Dicke mittig in der etwa 60 mm breiten Fuge liegt. Durch die eingefügte nivellierende Ausgleichsfolie 4 kann die Sohle 9 satt auf der Asphalttragschicht aufliegen. Anschließend wird die Fuge mit dem Polymer-Kleber 11, Typ Sika ICOSIT KC 330-U, vergossen, so daß die Schwelle unver¬ rückbar mit der Asphalttragschicht 1 verbunden ist. Die Schienen 3 können mit handelsüblichen Befestigungsmitteln 5 unter Zwischenfügung einer den elastischen Zuglauf sichern¬ den Unterlage 6 auf den Schwellen 2 befestigt werden. Letztlich werden die Schwellenfächer mit Schotter 10 ausge¬ füllt, wobei zur weiteren Erhöhung des Querverschiebewider- standes auch noch Schotter vor Kopf der Schwellen 2 ange- ordnet werden kann. Dieser vor Kopf angeordnete Schotter 10 dient aber in erster Linie der weiteren Schalldämpfung, der von den Schienen 3 möglicherweise auf die Schwelle 2 über¬ tragenen Schwingungen sowie dem Sonnenschutz der Trag¬ schicht.

Claims

Patentansprüche

1. Lagestabiler Eisenbahnoberbau mit Schienen (3) tragen¬ den Schwellen auf einer festen Asphalt- oder Beton- tragschicht (1) , wobei Schwellen (2) mit mindestens einem, sich parallel zu den Schienen (3) unterhalb der Sohle (9) der Schwellen und von dieser nach unten weg erstreckenden, Profil (7) einerseits fest verbunden sind und dieses Profil (7) andererseits in einer Nut (8) mit der Tragschicht (1) verklebt ist.

2. Eisenbahnoberbau nach Anspruch l, dadurch gekennzeich¬ net, daß ein Profil (7) in einer Nut (8) in der Trag¬ schicht (1) in Gleismitte oder zwei Profile (7) in zwei Nuten (8) im Bereich etwa unter den Schienen (3) angeordnet sind und das Profil (7) beidseitig mit der Tragschicht (1) verklebt ist.

3. Eisenbahnoberbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß die mittels Schneidwerkzeug in die

Tragschicht (1) eingebrachte Nut (8) an ihren Seiten als Klebeflächen dienende Abschnitte aufweist, die nicht mit organischen Mitteln und/oder Wasser benetzt sind.

4. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (7) ein Stahl- profil, vorzugsweise ein Flachstahl, ist.

5. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schiene (3) und Schwelle (2) eine elastische, schwingungsdämpfende Unterlage (6) und zwischen der Schwelle (2) und der Tragschicht (1) eine nivellierende Ausgleichsschicht (4) angeordnet ist.

6. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (7) als Ab¬ standshalter zweier benachbarter, eine Y-Schwelle bil¬ dende, H-Profile unter die Sohle (9) der Schwelle (2) geschweißt ist.

7. Eisenbahnoberbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebmittel (11) ein vergießbarer, aushärtender Polymer-Kleber eingesetzt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines lagestabilen Oberbaus, insbesondere nach einem Ansprüche 1 bis 7, gekenn¬ zeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: - Herstellen einer tragfähigen Tragschicht (1) aus Beton oder Asphaltmischgut,

Einbringen zweier Nuten (8) in die Oberfläche der Tragschicht (1) , Vorfertigen von Schwellen (2) mit unter deren Sohle (9) hervorragenden, in Schienenlängsrich¬ tung sich erstreckenden Profilen (7) , Verlegen der Schwellen (2) auf der Tragschicht (1) derart, daß die Profile (7) in die Nuten (8) ragen, - Vergießen von in den Nuten (8) verbliebenen Frei- räumen mindestens in Länge der Profile (7) mit einem vorbereiteten Kleber (11) , gegebenenfalls Abdecken des Oberbaues (1) mit schalldämpfenden Mitteln (10) .

Eisenbahnoberbau, gekennzeichnet durch einzelne oder alle neuen Merkmale oder Kombinationen der offenbarten Merkmale.