WO2007090901A2 - Verfahren zur herstellung eines teilverschäumten gleisoberbaus - Google Patents

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WO2007090901A2
WO2007090901A2 PCT/EP2007/051341 EP2007051341W WO2007090901A2 WO 2007090901 A2 WO2007090901 A2 WO 2007090901A2 EP 2007051341 W EP2007051341 W EP 2007051341W WO 2007090901 A2 WO2007090901 A2 WO 2007090901A2
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track
foam
gravel
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Tim Frenzel
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Msb-Management 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 the creation of a partially expanded track superstructure by introducing a flowable, foamable reaction mixture into subregions of the ballast body of the track superstructure,
  • the life of its main elements - rails, sleepers, ballast and substructure - must be properly matched.
  • 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 renewed until the sleepers have reached the end of their service life.
  • the large increase in load due to more trains, higher axle loads and speeds As well as heavy rolling stock, in recent decades, for economic reasons, the track grid has been reinforced by the use of stiffer rail profiles and concrete sleepers.
  • the substructure was rehabilitated by means of superstructure renewal, where necessary, by the installation of layer protection layers and drainage. As a result, the ballast bed actually became the weakest main element of the roadway.
  • the improvement of the gravel properties is an important measure for ensuring a sufficient service life of the gravel ballast consisting of crushed stone, which has a high pore volume when clean.
  • the construction technology has adapted to these constructions and is today at a high level.
  • the construction of the gravel track is from the theoretical view a complicated, complex realization. It is complicated because the ballast mass, which is not in a rigid, rigid structure, changes with dynamic influence.
  • Ballast bed and transfers the loads from the run on the rails on the thresholds and from there to the ballast body, the loads are then in the ballast body - idealized - distributed from gravel to gravel down to the underlying Planum down and discharged into the ground.
  • the thresholds transfer this load on its underside on average to about 330 gravel points and from there from stone to stone down. This means that only approx. 12% of the threshold floor area is used as a footprint. These values apply to both horizontal and vertical load transfers.
  • the cavity in the ballast is approximately 40%, which means that there is enough space to allow twisting or shifting of the individual ballast stones under dynamic loading.
  • ballastless track systems so-called "fixed carriageways”. These can be a concrete substructure or a
  • the gravel body is poured after the Hersgnac the finished stuffed track with a cementitious mixture and thus rigid.
  • the gravel body is treated after the preparation of the finished stuffed track with a liquid plastic and thereby adhered pointwise at the contact points stone to stone,
  • the object of the invention is to propose a method for introducing a flowable, foamable reaction mixture from above into a ballast body with embedded therein sleepers, with which the foaming of the ballast body within the load transfer areas of the thresholds, such. As shown in EP-A-I 619 305, reliably adjusts.
  • the invention proposes a method for introducing a flowable, foamable Reaktio ⁇ sgemisches from above into a ballast body embedded in these thresholds, wherein in the process, the mixture is introduced laterally of the thresholds in the ballast body, in dependence on the Height of the ballast body at the application site in preferably an amount which is the greater, depending above, the application point is located in the ballast body, wherein the mixture is set such that the foaming process only begins when the front of the down flowing within the ballast body mixture has reached the bottom or the near-bottom portion of the ball body, so that the foam formation takes place within the ballast body from bottom to top.
  • the invention thus proposes to adjust the fS thinkschreibe, foamable reaction mixture such that the foaming process takes place only after a certain time after introduction of the mixture into the ballast bed.
  • foaming process delays are possible by choosing appropriate components and additives for the flowable, foamable reaction mixture.
  • this results in foam formation within the ballast body from bottom to top, ie below the thresholds len. Since the introduction of the flowable, foamable reaction mixture takes place laterally of the thresholds, it can be achieved that the foaming also occurs only in parts of the ballast body, namely within the load transfer areas at an angle of approximately 60 °, starting from the thresholds.
  • ballast body it is possible to first remove the ballast between the sleepers and outside the load transfer areas of the ballast body and then introduce the flowable, foamable reaction mixture with the foaming process timing described above. Subsequently, gravel is then returned to the previously cleared areas, which serves for the UV protection of the near-top area of the foam.
  • ballast bed For conditioning of the ballast bed, in particular as a preparation for carrying out the method according to the invention, it is expediently carried out in such a way that warm air is introduced into the ballast body from above, emerging from the side of the ballast body, the relative humidity of the outgoing air being determined and the process of heating the Gravel body is terminated when the average humidity is less than a predeterminable Schweüwert.
  • the removal of moisture from the ballast bed creates improved conditions for the subsequent foaming.
  • the heat input into the ballast body can be controlled as a function of the exiting air humidity by determining the air humidity of the air emerging laterally from the ballast body at several points and forming an average value from these individual air humidity values, thereby ending the heating of the ballast body when the mean air humidity is less than a predefinable threshold.
  • a method for creating a track superstructure for a rail track on a substrate inclined transversely to its extent in which an elastic drum mat is applied to the substrate can be arranged on the drainage mat a ballast body of individual, between them cavities having gravel stones can be formed in the ballast body, the track (sleepers with rails) are embedded, and for fixing the position substantially only within load Abtra- areas of the ballast below the thresholds located
  • Ballast stones is introduced into the cavities between this invention a foamable material.
  • ballast body has been heated before the introduction of the foamable material or has an elevated temperature, which may be given depending on the ambient conditions without heating by an additional heat source.
  • sleepers with a padding made of an elastic material, in particular plastic material are embedded in the ballast body,
  • the step of partial foaming of the ballast body, with which it is provided with foam exclusively in the load transfer area, is suitably preceded by the known steps of plugging and / or first setting by setting the ballast body in vibration.
  • ballast track - the twisting of the rock under dynamic load - is therefore inventively prevented by the fact that after completion of the new or renewed track this is foam with a foam material in the ballast body only in the Lastabtragungszo- nen.
  • the foam used is preferably a PU foam.
  • PU foams have been known in industry and construction for decades. The adaptation to the respective application task is problem-free. The use in wet weather does not hurt, but promotes.
  • ballast stones of the track within the load transfer areas are integrated with each other through the integrated foam Connected gravel structure.
  • the mattness of the foam on the ballast stone and the density of the foam can be adjusted to the order of magnitude of the maximum load entry, plus a safety factor,
  • the foam Since the foam consists of a large number of pores, it is also caused by the
  • a track superstructure for a rail on a transverse to its extension inclined surface proposed, which is provided with a ballast body of individual ballast stones and embedded in the ballast sleepers to which rails are fastened, the ballast below the threshold Lastab - has tragungs Schemee that when driving on the rails on the
  • Schaummateriai in particular a PU foam material, filled in between The gravel body and the ground can still be arranged an elastic drainage layer.
  • ballast body provided only in part with a TMurnbaren material, within these areas, however, the voids between the ballast stones are substantially completely filled by this foamable material, but it is ensured that the track body morphology by the foaming remains unchanged from the state of the ballast body before the introduction of the foamable material.
  • These areas of the ballast body are the load transfer areas below the sleepers, these load removal areas extending obliquely outwardly from the sleepers and below the sleepers.
  • 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 which impinges on the ballast body can flow downwards or within these zones laterally. Surface water reaching the gravel body at the side can also penetrate the ballast body horizontally.
  • the gravel stones that are most "stressed" during crossings over the track remain permanently stable. Thus, they maintain their position after the stuffing process and after the (artificially) generated first set-up of the track superstructure, essentially via the Total operating time of the track superstructure. A replenishment, as is the case today with track ballast bodies, is thereby 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, ie a foam which sets resistance to deformation (possibly not inconsiderable).
  • the foam must have sufficient compressive strength. sen.
  • the foam can be adjusted for pressure resistance, reaction times, reaction components, pot life. Suitable foam materials include polyurithane (PLJ), polyester (PES), polystyrene (PS) or polyvinyl chloride (PVC) foams.
  • the foam can be closed or open-celled, open-celled foams have the advantage that they are acoustically effective, which is advantageous when used in track superstructure.
  • the foam should be elastic, long-term stable, rot-proof, fire-resistant, resistant to pests and resistant to chemicals,
  • Dratnage mats such as those offered by the Rehau AG.
  • elastomer granules are suitable, the particles of which are interconnected under the free space of cavities extending horizontally and vertically through the mat.
  • particles of tire reclicate are suitable for producing such elastic drainage mats.
  • the elastic elastomer drainage mat can take high weights and contact forces, is long-term stable and rot-proof and has the other above properties, which are preferably for the foam,
  • ballast stones within the load transfer areas, it is expedient to provide the sleepers on their undersides with an elastic material, in particular made of plastic (so-called threshold soling).
  • an elastic material in particular made of plastic
  • threshold soling Such soles with soles are found, for example, in EP-A-1 298 252.
  • the ballast stones resting on the threshold penetrate into the elastic material of the sleeper reinforcement, which leads to a fixation by a kind of "entanglement".
  • the introduced PU foam improves the track body several times:
  • the subsurface beneath the ballast is protected from frost by the high insulation performance of the forming micro-air pores in the PU foam.
  • the subsoil under the gravel is protected from water.
  • the lateral displacement resistance of a track is increased.
  • the dynamic load of the ground and the environment is reduced.
  • the ballast body acts sound-absorbing (reduction of the transmission of vibrations from the track body both over the ground and through the air, the drainage mat in addition to the shaft decoupling serves).
  • the concrete or steel sleepers to be installed are preferably provided on the underside with a survey of a plastic material according to the prior art (eg EP-A-1 298 252), whereby the ballast stones are wedged and held in place during plugging in the joint of the plastic.
  • the track layout is now in a condition in which it can be removed. 4
  • the track is curved under the sleepers and in the adjacent areas of the pressure discharge in the ballast body.
  • the ballast body is advantageously treated and cleaned beforehand (washed ballast stones).
  • the present invention does not assume that the loads are transferred or removed from the train operation via the foam.
  • the built-in foam stabilizes the ballast skeleton and prevents the ballast core from escaping from the compacted gravel structure produced by the tamping machine Manufacture form obtained for a very long time in its acceptance quality.
  • the durability of the (e.g., PU) foam or its composition plays a major role
  • PU foam also improves the dynamic characteristics which improve such properties as the degree of damping and the speed of the stress waves (eg compression wave, shear and surface wave).
  • PU foam is preferably used in the correct spatial position and to the correct depth to ensure that the improvements in technical performance are achieved.
  • PU foam is preferably chemically constructed to ensure that its desired properties for the particular application are considered, taking into account stiffness, strength, viscosity, fatigue limits, acoustic damping, temperature range, biochemical and hydroscopic properties, erosion properties. time and life are correct.
  • foams on the market which 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 is not negligible since there are still many people - nen-Bruwagen have open toilet systems and thus emptying feces on the gravel).
  • additional materials for the PU foam can be used to further extend the chemical properties. There are enough ready-mixed foams with corresponding properties to be selected according to the given situation.
  • the invention provides a stabilized ballast superstructure in a track track made by this method.
  • PU foam can be used to increase the vertical and / or longitudinal stability of the substructure (e.g., stiffness and strength).
  • the system shall be carefully inspected to ensure that the stresses and forces remain dynamic, oscillating or static within the fatigue or stress limits of the PU foam reinforced superstructure with a given safety factor taking into account the desired life cycles.
  • the addition of a PU foam positively alters the static and dynamic behavior of the particulate superstructure and thus also the overall and partial behavior of the substructure.
  • Gravel superstructures that are reinforced and stabilized by the treatment process described above can also be used to:
  • a PU foam membrane e.g., at points of contact of various contaminants
  • I O terbaumaterialien can be used according to the invention to the
  • High performance cleaning e.g., vacuum cleaner
  • reinforced superstructure to maintain cleanliness (garbage, feces, leaves, branches, cigarettes, etc.) at reduced cost is possible, if desired, by having the ballast spaces between the sleepers with a different ma-
  • the composition of the foam is selected based on the stiffness and strength properties required by composite 30.
  • the tensile and shear strength properties of the foam are determined as part of the design process.
  • the foam properties eg stiffness
  • the foam properties are designed to ensure that an effective cushion-like foundation of stabilized crushed stone is established over the weak area. If the rigidity is high enough, a more uniform load distribution is achieved at the point of contact with the railway body.
  • foam properties are selected to more effectively distribute the large vertical forces under the turnout while still maintaining good composite damping properties.
  • a raising of the threshold by the introduction of the foam is largely excluded.
  • holes 20 may be provided in the sleepers 11 at various points in production so that the intumescent material can be injected directly into and completely stabilize the underlying ballast.
  • the track body consists of expanded gravel and unfused gravel.
  • the foamed area is always below the threshold and in the load-bearing areas. This creates a conical foamed structure in the vicinity of the threshold, For example, the double-track route on straight stretches or in bends with the necessary track overshoots creates areas in which the accumulated precipitation water can not be removed in the usual way as in a completely open ballast body due to the selected economical foaming of the ballast body.
  • the invention further proposes that mineral fractions, such as, for example, rocks and, in particular, ballast stones, gravel, etc., which are combined with a preferably foamed polymer material, such as, for example, a PU-based foam, be prepared by the polymer-fixed mineral fractions are introduced into an oven, preferably rotary kilns, the polymer-fixed mineral fractions are heated in such a way that the polymer material is converted into the gas phase, the gas is subjected to exhaust gas purification, and the essentially freed of polymer material mineral fractions are removed from the kiln,
  • mineral fractions such as, for example, rocks and, in particular, ballast stones, gravel, etc.
  • 1 is a vertical cross-section through a track superstructure according to the invention for a single-track section
  • FIG. 2 is a plan view of the superstructure according to FIG. 1, FIG.
  • Fig. 3 is a vertical longitudinal section through a track superstructure according to the invention for a single-track section
  • FIG. 4 shows a vertical cross-section through a track superstructure according to the invention for a double-track section
  • the superstructure according to the invention is in a first embodiment in FIGS. 1 to 3 shown.
  • the track superstructure is located on a sub-base 12, which is inclined as usual and may have a protective layer of asphalt or gravel.
  • On the substrate 12 (Planum) is a drainage mat 14, on which a ballast body 16 of individual ballast stones 18 (in FIGS. 1 and 2 indicates and in Fig, 3 shown in some detail).
  • Embedded in the upper area of the ballast body 16 are wooden, concrete or steel sleepers 20, to which the rails 24 are fastened via attachment points which are in particular vertically adjustable (indicated at 22).
  • ballast bodies 16 are defined in ballast bodies 16.
  • these load transfer regions 26 are trapezoidal. Within the end region of the ballast body 16 facing the substrate 12, the load transfer regions 26 merge into one another. In the plan view, the load transfer area 26 is as shown in FIG. 2. The areas between adjacent load transfer areas 26 are substantially V-shaped. Prior to commissioning of the track superstructure 10, the ballast body 16 is stuffed and caused to vibrate to effect an initial set,
  • the cavities between the ballast stones 18 within the load transfer regions 26 are now completely filled with foam, preferably with a PU foam 28, which is adjusted according to the requirements and loads.
  • PU foams can be adjusted with respect to e.g. Pressure resistance, adhesion and foaming according to the requirements in each case set, which is generally well known and leads to an optimal for the respective case Anwe ⁇ dungsfall foam material.
  • the ballast stones 18 within the load transfer areas 26 are thus fixed in position; Below the thresholds 20 are located on the underside Besohiieux 30 of a (elastic) plastic material.
  • the foam 28 may also be disposed laterally of the lower portions of the sills 20 so that they are embedded by ballast body regions provided with the foam 28.
  • the areas 32 of the ballast body 16 between the load transfer areas 26 therefore remain free of foam in the superstructure 10 according to the invention, so that precipitation water can flow off transversely through the track superstructure 10.
  • this discharge is additionally supported, rainwater, which laterally of the track outside the load transfer areas 26 impinges on the ballast body 16 (in Fig. 1 indicated at 34) or laterally abuts the ballast body 16, flows through the drainage mat 14 below the track superstructure 10 from.
  • FIG. 4 The advantage of a drainage mat 14 below a track superstructure becomes apparent, in particular, in the case of a two-track or multi-track route, as shown in FIG. 4.
  • the individual components of the track superstructure 10 'of FIG. 4 identical or equal to the individual components of the track superstructure 10 of FIGS. 1 to 3, they are indicated in Fig. 4 with the same reference numerals.
  • Rainfall water which collects within the zones 34 of the right-hand part of the ballast body 16 flows to the center 38 of the ballast body 16, from where it flows through the left-hand part of the drainage mat 14, as shown in FIG. 4 tracks left flows.
  • the ballast body is fixed in the region of the load transfer with foam, predominantly polyurethane.
  • the foam encloses the gravel stucco form gleichig and forms a permanent connection with its surface.
  • the foam is adjusted flexibly and does not change the morphology of the ballast bed.
  • the static framework of the ballast is thus completely preserved.
  • the congested concrete or steel shaft or turnout structure with the foam is glued permanently.
  • the achieved in wooden sleepers by the clawing of the ballast stones in the threshold underside effect of transferring horizontal forces in the ballast bed is thereby significantly improved and fixed.
  • a drainage mat of structured rubber recycle is introduced under the ballast body.
  • the mat is made so that it dissipates the N ⁇ edertschwasser horizontally under the ballast body.
  • the mat is surrounded on both sides by a fleece, in particular geotextile, whereby a blockage of the pore volume of the mat is prevented in the long term.
  • the geotextile is designed alternately overhanging at the longitudinal edges, so that the abutting edge is covered to the next respective mat, d. h., That the fleece on the top at one or two edges of the mat and the fleece on the bottom at one or two of the aforementioned edges opposite edges protrudes.
  • the following device is preferably used:
  • AS's traction vehicle is a vehicle with the possibility of a stepping operation for the passage of ⁇ lm / sec used with the system can be offset with cm accuracy
  • the storage warehouses are equipped with KTCs, which can be filled at the factory and placed on a crane and lifted off.
  • the heating and drying unit consists of one or more lowerable bells in which hot air is conveyed from a support burner in an air line by blowers.
  • the bells are provided to the ballast body and the rail areas out with a sealing bead, so that as possible no hot air can escape upwards from the ballast bed but possible only laterally.
  • This unit is placed threefold in succession in order to be able to set the necessary foaming parameters depending on the outside temperature and moisture of the ballast.
  • fold-out elements which are fastened to the heat units on the inside, the heat can also be routed separately to the rails in order to heat or cool them down to a specific working temperature.
  • cooling units are activated in the air, which cool the rails with cold air to cool the rails.
  • the heating can be done with mineral oil products, gas or with natural vegetable oils.
  • the exhaust heat and the waste heat of the locomotive can also be used.
  • the warm, moisture-saturated air exits the track or gravel body at the side of the threshold area.
  • the condensation which occurs in the lateral area does not interfere, since it does not take place in the region of the load transfer which is the goal of the foam fixation.
  • the success of the treatment of the ballast is controlled and controlled.
  • the foam is applied.
  • a device which consists of up to 8 discharge nozzles for each threshold side and serve several thresholds, for example, 10, simultaneously
  • the foam dancing can be lowered individually or together on the ballast body by a propulsion device.
  • the necessary lowering is calculated by determining the inclination of the track body by a process computer for each nozzle individually.
  • the nozzles are displaceable by lateral drives and are positioned by measuring devices directly adjacent to the threshold body.
  • the foaming process controlled by the process computer is triggered and documented.
  • the calculated quantities of the components are pumped, mixed and pressed into the ballast body by pumps for each nozzle in the sampling head at the upper end of the nozzle.
  • the computer recognizes the end point of the foaming process and shuts down the pumps or closes the valves at the mixing head , Immediately, the lance is blown free with compressed air,
  • the device is started up after this clock simultaneously with the heating bells. During the phase of moving the device, the air heating and blowers 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 which receives the drive as a support for the vertical introduction into the ballast body. Then the mixing head is attached. The lower edge of the nozzle is chamfered, so that the nozzle can not rest on a ballast stone and thus creates a seal of the lower opening.
  • the tip of the nozzle body either provides for the displacement of an unfavorable stone or for a sufficiently open surface to ensure unimpeded discharge of the Schaurnstoffkom- components.
  • the setting of the foam with regard to the start time for the foaming reaction and the reaction time takes place in such a way that a conical foam structure is formed in the ballast bed and thus the ballast body is fixed from the sole to the bottom edge of the web in the load transfer cone.
  • the lances can be dispensed with by positioning or positioning outlet nozzles for the foamable reactive flowable mixture above the ballast bed.
  • the nozzles are either stationary or transversely movable over the track body.
  • the reactive mixture is adjusted such that the foaming process begins when the flowable mixture has reached the lowermost portion of the ballast body.
  • the formation of the shame is quasi ascending from bottom to top.
  • the rate at which the mixture is applied to the ballast bed is changed (the higher the ballast bed, the larger the amount delivered per unit time).
  • the amount of mixture required in each case due to the height of the ballast bed is introduced over the entire width of the ballast bed below the track body.
  • the introduction of the mixture takes place on both sides (ie, in extension of the rails in front of and behind the sleepers directly next to it), preferably at the same time for each threshold.
  • the mixture passes according to its viscosity from both sides of the threshold below this, by it spreads conically in the ballast body down.
  • reactive mixtures are then passed from below to below the thresholds, as the advancing foam front pushes the mixture, which has not yet reacted, from below towards the threshold.
  • the nozzles for foam introduction are mounted on a device carrier at a position corresponding to the insertion position.
  • This carrier can be controlled by hydraulic or electric servomotors both at right angles, d. H. across the track, as well as moving up and down. This ensures that all calculated positions for the reactive mixture can be properly handled.
  • Dust components o A drainage mat must be inserted between the ballast and the substructure.
  • the mats should expediently be laid without defects, so that the outflow of water from the space between the tracks can be done completely sideways
  • the ballast After removal of the track body, the ballast is removed between the sleepers and outside the load transfer areas ⁇ and z. B. laterally). After foaming, the ballast is reinstalled after a waiting time of z, B. 24 h.
  • the dosed quantities are calculated, controlled, logged and documented for each application point so that defects can be determined immediately within the scope of an automatic quality assurance and thus excluded or improved.
  • the foam is made with automatic dosing and mixing equipment, so that a constant quality can be ensured.
  • the components are thermostated in the pipes from the tank to the mixer.
  • the method of installation has no environmentally relevant influences.
  • the components of the foam are transpor- ted in tested and approved containers (GGVS / GGVE / IMO), storage at the construction sites does not take place, transport takes place just in time.
  • the processing plant is controlled in such a way that both components can only be conveyed simultaneously and mixed out of the plant. So it can only leak a foam that is not classified as a hazardous substance and can develop no toxic effects.
  • the Polymerisationsreaktio ⁇ is completed after 20 sec. During this time, the system is not accessible.
  • the foam contains only a very small proportion of catalysts that are assigned to the amines and can be washed out with rainwater. These substances are readily biodegradable substances with an extremely short biological half-life.
  • the results of the elution experiments are attached as an attachment. The tests show a significant decay of the eluate value in the TOC after just a short reaction time, which agrees with the expectations.
  • the remaining substances of the foam are completely water-insoluble after polymerization, which has already occurred after about 20 seconds. A dissolution of parts of the foam in other solvents is not possible, so that after the elimination of the catalytic amines absolute environmental neutrality is achieved in compliance with the Ei ⁇ baurogelieux.
  • processed processes are processed in a rotary kiln to clean gravel.
  • the thermal decomposition of the polyurethane takes place here at temperatures ⁇ 550 ° C, so that the ballast stones are not affected morphologically, so can be reinstalled without any further treatment,
  • the drainage paths are taken up and sent for material recycling. The result is the identical product.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches von oben in einen Schotterkörper mit in diesen eingebetteten Schwellen, wobei bei dem Verfahren das Gemisch seitlich der Schwellen in den Schotterkörper eingebracht wird, und zwar vorzugsweise in Abhängigkeit von der Höhe des Schotterkörpers an der Applikationsstelle in 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.

Description

Verfahren zur Herstellung eines teilverschäumten Gleisoberbaus
Die Erfindung betrifft die Erstellung eines teilverschäumten Gleisoberbaus durch Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsgemisches in Teilbereiche des Schotterkörpers des Gleisoberbaus,
Zu den traditionellen und am häufigsten angewandten Gleissystemen gehören heute die Schottergleise. Wahlweise ausgerüstet mit Holz, Beton- oder Stahlschwellen. Diese Gleϊskonstruktion 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 Si- cherstellung einer hinreichenden Nutzungsdauer des aus Brechschotter bestehenden Schotterbettes, das in sauberem Zustand ein hohes Porenvoiumen 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 weitweit 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 Gefuge befindliche Schottermasse bei dynamischer Beeinflussung verändert.
Dieses bedeutet: Bei der Hersteilung 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 erfoigt dabei problemlos,
Veränderungen im Gefuge 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 zu- sätzlich mit einer entlastenden Vor- und Nachlaufwelle beaufschlagt. In Verbindung mit der dynamischen Frequenz aus dem Zugiauf kann sich somit das "Stein auf Stein Gebilde" verändern. Die Schottersteiπe verdrehen sich, werden in der Endphase rund und die Gleislage verändert sich. Würde dieser Vorgang völlig gleichmäßig erfolgen, wurde 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 Schottergerύst 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, urn diesem Problem entgegenzuwirken;
1. Es wurden und werden schotterlose Gleissysteme, sogenannte "Feste Fahrbahnen" entwickelt. Diese können einen Betonunterbau oder einen
Asphaltunterbau aufweisen,
2. Der Schotterkörper wird nach der Hersteilung des fertig gestopften Gleises mit einem zementösen Gemisch ausgegossen und damit starr.
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 Al 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 VollverkSebung sämtlicher Schottersteine des Schotterkörpers bekannt, und zwar mit einem gegebenenfalls schäumbareπ 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-I 619 305 bekannt, unterhalb eines lediglich in den Lastabtragungsbereichen des Schotterkörpers verschäumten Schotterbetts Drainagematten vorzusehen. Der Vorteil dieser Gleisoberbaukonstruktton ist insbesondere bei zwei- bzw. mehrgleisigen Strecken gegeben. Oberflächenwasser (beispielsweise Regenwasser), das sich im oberflächennahen Bereich des Schotterkörpers zwischen den Schwellen und oberhalb der Teilverschau- mung 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.
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 Verschäu- mung des Schotterkörpers innerhalb der Lastabtragungsbereiche der Schwel- ien, wie z. B. in EP-A-I 619 305 gezeigt, zuverlässig einstellt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Einbringen eines fließfähigeπ, schäumbaren Reaktioπsgemisches 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 Applikationssteüe 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 Schot- terkörpers erreicht hat, so dass die Schaumbildung innerhalb des Schotterkörpers von unten nach oben erfolgt.
Mit der Erfindung wird also vorgeschlagen, das fSießfähige, 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 Schwel- len. 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 Schweüwert.
Durch die Abführung von Feuchtigkeit aus dem Schotterbett werden für die anschließende Schaumbildung verbesserte Bedingungen geschaffen. Der War- rneeintrag 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 Luftfeuchtigkeitswerteπ ein Mittelwert gebildet wird, wo- bei 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 Erstreckuπg geneigten Untergrund realisieren, bei dem auf dem Untergrund eine elastische Dratnagematte 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, und zur Lagefixierung der im Wesentlichen lediglich innerhalb von Lastabtra- gungsbereichen des Schotterkörpers unterhalb der Schwellen befindlichen
Schottersteine in die Hohlräume zwischen diesen erfindungsgemäße ein schäumbares Material eingebracht wird.
Für die chemische Reaktion bei der Schaumbildung ist es vorteilhaft, wenn der Schotterkörper vor der Einbringung des schäumbaren Materials erwärmt worden ist bzw. eine erhöhte Temperatur aufweist, was je nach Umgebungsbedingungen auch ohne eine Erwärmung durch eine zusätzliche Wärmequelle gegeben sein kann. 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 Lastabtragungsbereϊchen mit Schaum versehen wird, werden zweckmäßigerweise die an sich bekannten Schritte des Stopfens und/oder der Erstsetzbildung durch Versetzen des Schotterkörpers in Vibrationen vorge- schaltet.
Das Hauptproblem des bekannten Schottergleises - das Verdrehen des Gesteins unter dynamischer Belastung - wird also erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass nach Fertigstellung des neuen oder erneuten Gleises dieses mit einem Schaummaterial im Schotterkörper lediglich in den Lastabtragungszo- nen verschäumt wird.
Dies heißt, dass alle Hohlräume zwischen den Schottersteinen unter der Schwelle und in den angrenzenden Lastabtragungsbereichen durch den einzu- bringenden 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.
Als Schaum wird vorzugsweise ein PU-Schaum eingesetzt. PU-Schäume sind seit Jahrzehnten in der Industrie und im Bauwesen bekannt. Die Anpassung an die jeweilige Anwendungsaufgabe ist problemlos. Der Einsatz bei feuchtem Wetter schadet nicht, sondern fördert.
Sämtliche Schottersteine des Gleises innerhalb der Lastabtransportbereiche werden durch den eingebrachten Schaum miteinander zu einem ganzheitlichen Schottergefüge verbunden. Die Mattigkeit des Schaums am Schotterstein und die Gefugedichte des Schaums kann der Größenordnung der maximalen Lasteintragung, zuzüglich eines Sicherheitsbeiwert, angepasst werden,
Nach der Aushärtung des Schaums können nun aile durch den Zugiauf eingeleiteten Kräfte über dieses homogene Gefüge übertragen werden, und zwar über die Schottersteine und nicht über den Schaum, der der Lagestabiüsierung 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 Berucksichtung der Entwässerungsproblematik beschritten.
Mit der Erfindung lässt sich ein Gleisoberbaukörper für einen Schienenweg auf einem quer zu dessen Erstreckung geneigten Untergrund, vorgeschlagen, 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 Lastab- tragungsbereiche aufweist, die beim Befahren der Schienen über die
Schwellen vertikal auf den Schotterkörper wirkende Lasten aufnehmen und den Untergrund unterhalb des Schotterkörpers übertragen.
Bei diesem Gleisoberbau sind im Wesentlichen lediglich die Hohlräume zwi- sehen den Schottersteinen innerhalb der Lastabtragungsbereiche des Schot- terkörpers zur Lagefixierung der Schottersteine in diesen Bereichen mit einem
Schaummateriai, insbesondere einem PU-Schaummaterial, ausgefüllt zwischen dem Schotterkörper und dem Untergrund kann noch eine elastische Drainage- schicht angeordnet sein.
Der wesentliche Gedanke ist darin zu sehen, dass der Schotterkörper nur in Teilen mit einem schäurnbaren Material versehen, 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 zwi- sehen den Schottersteinen innerhalb der zwischen den Lastab- traguπgsbereichen 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 durchdrin- gen.
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) er- zeugten 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 aufwei- sen. Der Schaum kann bezuglich Druckfestigkeit, Reaktionszeiten, Reaktionskomponenten, Topfzeit eingestellt werden. Als Schaummaterialien kommen unter anderem Polyurithan- (PLJ-), Polyester- (PES-), Polystyrol- (PS-) oder Polyvenylchlorid- (PVC-) Schäume in Frage. 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 Dratnage-Matten bedienen, wie sie beispielsweise von der Rehau AG angeboten werden. Vorteilhaft sind poröse Gummimatten oder Matten aus einem anderen Elastomermaterial. Ins- besondere eignen sich Elastomergranuiate, deren Partikel unter Freihaitung von horizontal und vertikal durch die Matte sich erstreckenden Hohlräumen untereinander verbunden sind. Beispielsweise eignen sich Partikel aus Reifen- reziklat 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 meh- rere 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 Nachstopf- vorgänge ein Drainagematerial unter dem Gleisoberbau vorsehen zu können, Durch die Drainage kommt es zu einer kontrollierten und gerichteten Abfuhrung von Wasser, das ein Ausspülen des Untergrundes (Unterplanum) wirkungsvoll verhindert. Ferner trägt das Material der Drainagematte, wie oben beschrieben, dazu bei, dass diese Sangzeitstabil ist und damit auch bei hohen Druckbelastungen ihre (horizontale) Porosität beibehält.
Zur weiteren Fixierung der Schottersteine innerhalb der Lastabtragungsbe- reiche ist es zweckmäßig, die Schwellen an ihren Unterseiten mit einem elastischen Material insbesondere aus Kunststoff zu versehen (sogenannte Schwel- lenbesohlung). 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 ϊsolations- leistung der sich bildenden M ikro- Luftporen im PU-Schaum vor Frost ge- schützt.
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 Querverschiebwiderstand 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 Schaftentkoppelung dient).
Die Vorgaben des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Schotterkörpers sind insbesondere wie folgt:
1. gewaschener Schotter
2. Gleise gestopft und gleistechnisch abgenommen 3. Gleis-Schotterquerschnitt wärmetechnisch vorbehandelt - Temperaturvorgabe
4. Aushärtezeiten und Flexibilität des Schaums sind beeinflussbar
5. absolute Vollausschäumung der jeweiligen Lastabtragungszonen (ca . 60° Winkel) unter den Schwellen
6. Recyclingfähigkeit nach KrW-/AsfG
7. Erfüllung von Scherfestigkeiten, Abreißfestigkeiten und Federsteifigkeiten des Schaums je nach Anforderung.
Die Erstellung des erfindungsgemäßen Gleisaufbaus geschieht wie folgt:
1. Nach Fertigstellung des Unterbauplanums und vor Aufbringung des Gleis- veriegeschotters wird auf den Flächen der PSS (Planumsschutzschicht) unter der Schotteraufstandsfläche eine elastische Draϊnagematte (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. Die einzubauenden Schwellen aus Beton oder Stahl erhalten auf der Unterseite vorzugsweise eine Besohiung aus einem Kunststoffmaterial nach dem Stand der Technik (z. B. EP-A-I 298 252), Hierdurch werden die Schottersteine beim Stopfen im Gefuge des Kunststoffes verkeilt und festgehalten.
3. Das gebaute und mit der Stopfmaschine gestopfte Gleis wird mit einem Gleisstabüisator 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 Das Gleis wird unter den Schwellen und in den angrenzenden Bereichen des Druckabtrages im Schotterkörper verschaurnt, Hierzu wird der Schot- terkorper vorteilhafterweise zuvor warrnetechnisch 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 Schottergerust und verhindert das Ausweichen des Schotterkern aus dem durch die Stopfmaschine hergestellten, verdichteten Schottergebilde Das nachweisbar standfeste Schottergleis wird in seiner Her- steliungsform auf sehr lange Zeit in seiner Abnahmequalitat erhalten. Dabei spielt die Haltbarkeit des (z.B. PU-) Schaums bzw. dessen Zusammensetzung eine große Rolle
Das technische Verhalten von teilchengestutzten Konstruktionen wird bei Anwendung von (z B 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 Oberflachenwelle) verbessert.
Bei Einsatz eines (z.B. PU-) Schaums ist es wünschenswert sicherzustellen, dass der verstärkte und stabilisierte Unterbau wahrend 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 Vorzugs- weise chemisch aufgebaut, um zu gewährleisten, dass seine gewünschten Eigenschaften für die jeweilige Anwendung unter Berücksichtigung von Steifigkeit, Festigkeit, Viskosität, Ermüdungsgrenzen, akustischer Dampfung, Temperaturbereich, biochemischen und hydroskopischen Eigenschaften, Erhar- tungszeit 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 fäkalien- beständig sind (dies ist nicht zu vernachlässigen, da immer noch viele Perso- nen-Bahnwagen offen Toilettensysteme haben und somit Fäkalien auf dem Schotter entleeren). Um das gewünschte Verhatten 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 ent- sprechend 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. Steifig- keit und Festigkeit) zu erhöhen. Das System ist sorgfältig zu kontrollieren, um zu gewährleisten, dass die Beanspruchungen und Kräfte dynamisch, schwingend oder statisch innerhalb der Ermüdungε- 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 Behandlungsverfah- ren 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 Ubergangskurven, großen Überhöhungen, um z.B. den Wartungsaufwand zu verringern), Stabilisierung von Tunnelgleisen, Verstärkung von Bruckengleisen, einschließlich der Übergänge vor und nach Brücken zur Verhinderung von Lastsprungen,
Verringerung von Bahnkörperbeaπspruchung durch erhöhte PU-Schaum- Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften, - Verhinderung herbeigefuhr- 5 ter plastischer Belastung und Zermurbung der Trennung von Teilchen
(z.B. durch Splittern) durch nahezu totale Verhinderung der Bewegung der Teilchen,
Verringerung des Auftretens von verschmutzen Teilchen, eine PU-Schaum-Membran (z.B. an Beruhrungsstellen verschiedener Un-
I O terbaumaterialien) kann erfindungsgemäß 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 Unterbau-
15 ten,
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,
20 - Verringerung der Erzeugung und Übertragung von Umgebungslärm,
Hochleistungsreinigung (z.B. Sauger) von verstärktem Oberbau zur Aufrechterhaltung der Sauberkeit (Mull, Fäkalien, Laub, Astwerk, Zigarettenreste etc.) bei reduzierten Kosten ist - wenn gewünscht - möglich, indem die Schotterfiächen zwischen den Schwellen mit einem anderen Ma-
25 terial (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 30 geforderten Steifigkeits- und Festigkeitseigeπschaften 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 u- ber den schwachen Bereich ein wirksames polsterartiges Fundament aus stabilisiertem Schotter errichtet wird, Ist die Steifigkeit groß genug, erfolgt eine gleichmäßigere Belastungsverteilung an der Beruhrungsstelle 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.
Bei Neubau von Gleisen können Bohrungen 20 in die Schwellen 11 an ver- schiedenen 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 verschäumten Schotter und aus unver- schäumten 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 Gleisuberhöhungen entstehen durch die gewählte sparsame Verschäumuπg des Schotterkörpers Bereiche, in denen das anfallende Niederschlagswasser nicht in der gewohnten Weise wie bei einem komplett offenen Schotterkörper abgeführt werden kann.
Die gewählte Ausfuhrungsform mit der auf dem Unterplanum verlegten Kunst- stoffdrainagematte 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.
Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, Mineralfraktionen, wie z, B. Gesteine und insbesondere Gleisschottersteine, Kies etc., die mit einem vorzugs- weise geschäumten Polymermaterial, wie beispielsweise einem Schaum auf PU-Basis untereinander verbunden sind, aufzubereiten, indem die polymerfixierten Mineralfraktionen in einen Ofen, vorzugsweise Drehofen, eingebracht werden, die polymerfixierten Mineralfraktionen derart erhitzt werden, dass das Po- lymermaterial in die Gasphase überführt wird, das Gas einer Abgasreinigung unterzogen wird, und die im wesentlichen von Polymermaterial befreiten Mineralfraktionen aus dem Ofen verbracht werden,
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, Im Einzelnen zeigen : Fig. 1 einen Vertikal-Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleisoberbau für einen eingleisigen Streckenabschnitt,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gieisoberbau gemäß Fig, 1,
Fig. 3 einen Vertikal-Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleisoberbau für einen eingleisigen Streckenabschnitt, und
Fig. 4 einen Vertikal-Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleisober- bau für einen Doppeigleis-Streckenabschnitt,
Der erfindungsgemäße Gieisoberbau ist in einer ersten Ausgestaltung in den Fign. 1 bis 3 gezeigt. Der Gleisoberbau befindet sich auf einem Untergrund bzw. Unterpianum 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 (in der Fig. 1 und 2 andeutet 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 höhenverstel!- bare Befestigungspunkte (bei 22 angedeutet) die Schienen 24 befestigt sind.
Ausgehend von den Schwellen 20 sind irn Schotterkörper 16 die Lastabtra- gungsbereichte 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,
Erfinciungsgemäß sind nun die Hohlräume zwischen den Schottersteinen 18 innerhalb der Lastabtragungsbereiche 26 vollständig ausgeschäumt, und zwar vorzugsweise 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 Anweπdungsfall optimalen Schaummaterial führt. Die Schottersteine 18 innerhalb der Lastabtragungsbereiche 26 sind somit lagefixiert; unterhalb der Schwellen 20 befinden sich unterseitige Besohiungen 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 erfindungsgemäßen GSeisoberbau 10 die Bereiche 32 des Schotterkörpers 16 zwischen den Lastabtragungsbereichen 26 frei von Schaum, so dass Nieder- schlagswasser quer durch den Gleisoberbau 10 abfließen kann. Durch Einbringung einer Neigung längs der bei 34 in Fig. 3 angedeuteten Beruhrungslinie 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 insbe- sondere 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 Fign. 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 Fig. 4 linken Teil der Drainagematte 14 unter- halb des in Fig. 4 links dargestellten Gleises abfließt.
Für die Einbringung des Schaums in das Schotterbett eignet sich z. B. folgende Vorrichtung:
Bahngieise werden herkömmlich in Schotterbetten auf Schwellen aus unterschiedlichen Materialien verlegt. Da HolzschwelSen 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 ähniich 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, vorwiegend Polyurethan, fixiert. Der Schaum, umschließt die Schotterstucke formschlussig und bildet mit ihrer Oberfläche eine dauerhafte Verbindung. Der Schaum wird flexibel eingestellt und verändert die Mor- phologie des Schotterbettes nicht. Das statische Gerüst des Schotters bleibt also vollständig erhalten. Im oberen Bereich dieses ausgeschäumten Schotterkörpers wird die darauf lastende Beton- oder Stahischwelle 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 Abfuhrung 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 Nϊederschlagswasser 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 nächste 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 Vorrichtung verwendet:
In ein bestehendes, mit einer Reinigungsmaschiπe gewaschenes und 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:
β Triebfahrzeug o Vorratslager für je einen Tank für die Komponenten des Schaums β Vorratslager für Brennstoff zur Aufheizung und Trocknung des Gleiskör- pers o Heiz- und Trocknungseinheit, Pressluftversorgung β Schaumapplikator β Mess- und Regeleinheit mit Dokumentation - 21 -
ASs Triebfahrzeug wird ein Fahrzeug mit der Möglichkeit eines Schrittbetriebes zur Verfahrung von < lm/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 Trockπungseinheit besteht aus einer oder mehreren absenkba- ren 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 ge- setzt, 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 abzukuh- len. In diesem FaNe werden Kälteaggregate im Luftweg aktiviert, die für die Abkühlung der Schienen diese mit Kaltluft umspülen. Die Beheizung kann mit Mineralölprodukten, Gas oder aber mit naturlichen Pflanzenölen erfolgen. Die Abgaswärme und die Abwärme des Triebfahrzeugs können ebenfalls genutzt werden. Die warme, feuchtigkeitsgesättigte Luft tritt seitlich des Schwellenbe- reichs 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 der Schaum appliziert. Hierzu wird eine Vorrichtung, die aus je bis zu 8 Austragsdüsen für jede Schwellenseite besteht und mehrere Schwellen, z.B, 10, gleichzeitig bedienen kann, Die Schaumtanzen 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 Mϊschkopf am oberen Ende der Düse die errechneten Mengen der Komponenten gepumpt , dort vermischt und in den Schotterkörper gepresst Der Rechner erkennt den Endpunkt des Schäu- mungsprozesses 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 eine Ver- schSuss der unteren Öffnung herstellt. Die Spitze des Düseπkörpers sorgt entweder für die Verdrängung eines ungunstig liegenden Steins oder aber für ausreichend offene Fläche um ein ungehindertes Austragen der Schaurnstoffkom- ponenten zu gewährleisten.
Die Einstellung des Schaums hinsichtlich der Startzeit für die Schäumungsre- aktion und der Reaktionszeit erfolgt so, dass sich im Schotterbett eine kegelförmige Schaum - Struktur ausbildet und damit der Schotterkörper von der Sohle bis zur Schweüenunterkante im Lastabtragskegei 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 fiießfähige Gemisch den untersten Bereich des Schotterkörpers erreicht hat. Somit erfolgt die Schambildung 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 der 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 Schäu- mungsprozess gelangt dann in der Folge reaktives Gemisch von unten bis un~ ter die Schwellen, indem die fortschreitende Schaumfront noch nicht reagiertes Gemisch von unten in Richtung 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 gewährleist, 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: o Es sollte ausschließlich gewaschener Schotter verwendet werden, ohne
Staubanteile o 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 Schotter- Volumens gesteuert wird. Die Konditionierung erfolgt durch Einbiasen von
Warmluft in den Schotter. o Einbringen des schäumbaren fiießfähigem Reaktionsgemisches, gesteuert nach Schotterhöhe, die über die gemessene Gleisneigung vom Prozessrechner errechnet wird, so dass der Lastabtragskege! 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 hergestelit, so dass damit eine konstante Qualität gesichert werden kann. Die Komponenten werden in den Leitungen vom Tank zum Mischer thermostatisiert. Um Weltverträglichkeit
Das Verfahren des Einbaus hat keine umweltrelevanten Einflüsse. Die Komponenten des Schaums werden in geprüften und zugelassenen Behältern trans- ρortier(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 Polymerisationsreaktioπ 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 Ergebnisse der Elua- tionsversuche sind als Anlage angefugt. Die Versuche zeigen bereits nach kur- zer 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 kataly- tischen Amine absolute Umweltneutralität erreicht wird unter Einhaltung der Eiπbauregelungen.
Im Brandfall kann man davon ausgehen, dass Polyurethane selbstverlöschend sind, was in gleichem Maße auch für die als Drainagematte verwendete Gum- mibahn 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 unterstö- chiometrischer Sauerstoffversorgung, giftige Gase wie Kohienmonoxid 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. 5
Um in jedem Fall die Braπdlasten zu reduzieren werden in Tunnelstrecken die Produkte mit einer hoch stickstoffhaltigen Substanz angereichert, so dass sie praktisch nicht brennbar werden. Zu weiteren Untersuchungen wird auf die beigefugte Literatur hingewiesen. ] Q
Ruckbau - recycling
Für den Fall des ROckbaus einer Strecke, ohne Rücksicht auf den Grund des Ruckbaus, kann der ausgeschäumte Körper abgetragen und in einem hierfür
15 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,
20
Die Drainagebahnen werden aufgenommen und der stofflichen Verwertung zugeführt. Es entsteht das identische Produkt.

Claims

ANSPRÜCHE
, Verfahren zum Einbringen eines fließfähigen, schäumbaren Reaktionsge- misches von oben in einen Schotterkörper mit in diesen eingebetteten Schwellen, wobei bei dem Verfahren das Gemisch seitlich der Schwellen in den Schotterkörper eingebracht wird, wobei das Gemisch derart eingestellt ist, dass der Schaurnbü- dungsprozess 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.
, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schotter zwischen den Schwellen und außerhalb der Lastabtragungsbereiche des
Schotterkörpers vor dem Einbringen des Gemisches entfernt und nach der Ausschäumung als UV-Schutz des oberseitennahen Bereichs des Schaumes wieder auf den Schotterkörper zwischen den Schwellen aufgebracht wird.
, Verfahren zur Konditionierung eines Schotterkörpers, insbesondere als Vorbereitung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem Konditionierverfahren in den Schotterkörper von oben Warmluft eingebracht wird, die seit- lieh 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,
. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeuchtigkeit der seitlich aus dem Schotterkörper austretenden Luft an mehreren Stellen ermittelt wird und aus diesen einzelnen Luftfeuchtigkeitswerten ein Mittelwert gebildet wird, und dass die Erwärmung des Schotter- körpers beendet wird, wenn die mittlere Luftfeuchtigkeit geringer ist als ein vorgebbarer Schwellwert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 5 dass das Gemisch in Abhängigkeit von der Höhe des Schotterkörpers an der Applikationsstelle in einer Menge, die umso größer ist, je weiter oben sich die Applikationsstelle in dem Schotterkörper befindet, eingebracht wird.
10 6- Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus für einen Schienenweg auf einem quer zu dessen Erstreckung geneigten Untergrund, bei dem falls gewünscht, auf dem Untergrund eine elastische Drainagematte
( 14) angeordnet werden kann, ein Schotterkörper ( 16) aus einzelnen, zwischen sich Hohlräume auf-
15 weisenden Schottersteinen (18) gebildet wird, und zwar auf den Drai- nagematten (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 Lastab-
20 traguπgsbereichen (26) des Schotterkörpers (16) unterhalb der
Schwellen (20) befindlichen Schottersteine (18) in die Hohlräume zwischen diesen ein schäumbares Material (28) eingebracht wird, und zwar gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
i 'j 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 schäumbaren Materials (28) in den Schotterkörper (16) gewaschen werden.
30 8, Verfahren zur Erstellung eines Gleisoberbaus nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schotterkörper (16) vor dem Einbringen des schäumbaren Materials ( 16) 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, insbe- sondere 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 schäumbaren Materials (28) gestopft und/oder zur Erst- setzbildung in Vibrationen versetzt wird.
11. Verfahren zum Aufbereiten von Mineralfraktionen, wie z. B. Gesteine, insbesondere Gleisschottersteinen, Kies etc., die mit einem vorzugsweise geschäumten Poiymermateriai wie beispielsweise einem Schaum auf PU- Basis untereinander verbunden sind, wobei bei dem Verfahren die polymerfixierten Mineraifraktionen in einen Ofen, vorzugsweise
Drehofen, eingebracht werden, die polymerfixierten Mineralfraktionen derart erhitzt werden, dass das
PoSymermaterial in die Gasphase überfuhrt wird, - das Gas einer Abgasreinigung unterzogen wird, und die im wesentlichen von Poiymermateriai befreiten Mineralfraktionen aus dem Ofen verbracht werden.
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