Das große Handbuch der Gleisinstandhaltung E-Book

Bernhard Lichtberger

• Herausgeber: tredition
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 588

Veröffentlichungsjahr: 2022

Beschreibung

Als Standardwerk beschreibt das Große Handbuch der Gleisinstandhaltung in anschaulicher und komprimierter Form alle Aspekte der Gleisinstandhaltung in Theorie und Praxis. Es bildet den aktuellen Stand der Instandhaltungsmethoden ab, ergänzt um den Ausblick auf absehbare und im Gange befindliche technische Weiterentwicklungen. Das Große Handbuch der Gleisinstandhaltung erscheint in zwei Bänden. Der vorliegende 1. Band umfasst die folgenden Kapitel: • Geschichte der Mechanisierung des Gleisbaus • Das Gleis aus systemischer Sicht • Neubau und Umbau des Schottergleises und der Festen Fahrbahn • Belastung des Gleises – Rad-Schiene-Wechselwirkung • Überwachung und das Monitoring • Schienenfehler und Schienenbearbeitungsmethoden • Gleisgeometrieberichtigung – Stopfung

Leseprobe

Bernhard Lichtberger

Das Große Handbuch der Gleisinstandhaltung

Bernhard Lichtberger

Das Große Handbuch der Gleisinstandhaltung

Geschichte der Mechanisierung des GleisbausDas System Gleis · Neubau und UmbauBelastung · Überwachung und MessenSchienenbearbeitungGleisgeometrieberichtigungStopfen

Band 1

IMPRESSUM

Autor: Univ.-Doz. Dr. techn. Bernhard Lichtberger,

Landstrasser Hauptstrasse 64/3, 1030 Wien

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation

in der Deutschen Nationalbibliografie: Detaillierte bibliografische Daten

sind im Internet über http://dnb.d-nb.deabrufbar.

ISBN: 978-3-347-69311-1

E-Book-ISBN: 978-3-347-69312-8

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© 2022 Bernhard Lichtberger

Internet: https://www.s7-rail.com

Layout und Satz: Reihs Satzstudio, Lohmar, Deutschland

Umschlaggestaltung: Marlene Posch, Wien, Österreich

Druck und Distribution im Auftrag von System7 railtechnology GmbH:

tredition Verlag GmbH, Halenreihe 40-44, 22359 Hamburg

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1Geschichte der maschinellen Gleisinstandhaltung

ZUSAMMENFASSUNG

1.1 Industrielle Revolutionen und ihre Auswirkungen auf die Entwicklung der Gleisbaumaschinentechnik

1.2 Manuelle Gleisarbeiten

1.2.1 Manuelle Gleisarbeiten heute

1.3 Geschichte der Mechanisierung der Gleisarbeiten

1.4 Perioden der Mechanisierung des Gleisbaus

1900 bis 1965

1965 bis 1970

1970 bis 1990

1990 – jetzt

1.5 Historische Kostenreduktion der Gleisinstandhaltung

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

2Das System Gleis und seine Instandhaltung

ZUSAMMENFASSUNG

2.1 Die systemische Sicht

2.2 Systemische Sicht und Gleisinstandhaltungsmethoden

2.2.1 Fundamentale Gleisgrundsätze

2.3 Der ewige Kreislauf der Gleisinstandhaltung

2.3.1 Neubau / Umbau

2.3.2 Betriebsphase

2.3.3 Monitoring-Phase

2.3.4 Gleisvermessungsarbeiten

2.3.5 Gleisinstandhaltungsphase

2.3.5.1 Schienenoberflächenfehler

2.3.5.2 Schienenbrüche oder Deformierungen

2.3.5.3 Gleisgeometriefehler

2.3.5.4 Weicheninstandhaltung

2.3.5.5 Die Setzung des Gleises und seine Stabilisierung

2.3.5.6 Schotterabnutzung

2.3.5.7 Vegetationskontrolle

2.3.5.8 Schotterprofilverlust

2.3.5.9 Nicht ausreichende Tragfähigkeit des Untergrundes

2.3.5.10 Oberleitungsinstandhaltung

2.3.6 Gleiserneuerung

2.3.7 Weichenaustausch

2.3.8 Wiederaufbereitung / Wiedereinsatz von Gleismaterialien

2.4 Der Kreislauf der Gleisinstandhaltung

2.5 Die Lebensdauer der Gleiskomponenten

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

3Der Neubau und Umbau des Gleises

ZUSAMMENFASSUNG

3.1 Grundlagen

3.1.1 Die Aufgaben des Gleises

3.1.2 Zusammenhang zwischen Bettungsmodul, Stützpunktsteifigkeit und Gleissteifigkeit

3.1.2.1 Das Bettungsmodul

3.1.3 Der Aufbau des Schottergleises

3.1.3.1 Anforderungen an den Schotter

3.1.3.2 Verkleben des Schotters

3.1.4 Der Aufbau der Festen Fahrbahn

3.1.5 Umbau einer Festen Fahrbahn wegen Verbundproblemen

3.1.5.1 Beseitigung eines Setzungsschadens der Festen Fahrbahn

3.1.6 Anstieg des Grundwasserspiegels

3.1.7 Das Fertigteilplattensystem Bögl

3.1.8 Die Feste Fahrbahn Bauart Rheda 2000

3.1.9 Funktionaler Vergleich Schotterfahrbahn mit Fester Fahrbahn

3.1.10 Kostenvergleich zwischen Schottergleis und Fester Fahrbahn

3.1.11 Schotteroberbau für 400 km/h

3.1.12 Nachhaltigkeit und ökologischer Fußabdruck Schotteroberbau und Feste Fahrbahn

3.1.13 Systemwahl Schottergleis oder Feste Fahrbahn

3.2 Der Neubau oder Vorbau von Schottergleisen

3.2.1 Die Einbringung und die Verdichtung des Schotterbettes vor dem Legen der Schwellen und Schienen

3.2.1.1 Konventionelle klassische Schottereinbringung und Verteilung auf der Planie

3.2.1.2 Schottereinbringung mit Schotterbandfertiger

3.2.2 Teilmechanisierter Gleisvorbau / Gleisumbau-Taktverfahren

3.2.2.1 Einzelschwellenwechsel manuell

3.2.2.2 Einzelschwellenwechsel mit einfacher Maschine

3.2.2.3 Einbau / Umbau mithilfe von Zwei-Wege-Bagger mit Spezialgreifer

3.2.2.4 Einbau von Gleisjochen mit dem Umbaumaschinensatz für Weichen und Gleise (UWG)

3.2.2.5 Einbau von Schwellen mit Portalkränen mit integriertem Einzelschwellenverlegegerät

3.2.2.6 Schwellenverlegung mit Portalkran mit integriertem Einzelschwellenverlegegerät

3.2.2.7 Einbau von Gleisjochen mit Gleisbaukränen

3.2.3 Schienentransport / Schienenwechselverfahren

3.2.3.1 Verladen von Schienen auf Waggons im Herstellerwerk

3.2.3.2 Transport der Langschienen

3.2.3.3 Standardflachwagen mit mobilen Verladekränen

3.2.3.4 Schienenabladevorrichtung kombiniert mit Schienentransportzug

3.2.3.5 Schienenabladesystem SAS (Vossloh)

3.2.3.6 Schienenladezug REX-S (Robel)

3.2.3.7 Schienenwechselfließbandsystem (Vossloh)

3.2.3.8 Schienentransportsystem STS (Vossloh)

3.2.3.9 Langschienenentladevorrichtung über Zwei-Wege-Anhänger EMD (Geismar)

3.2.3.10 Schienenwechsel mit Rollenzangen und Zwei-Wege-Baggern

3.2.4 Aufarbeitung von Altschienen

3.2.5 Weicheneinbau / Weichentausch

3.2.5.1 Weichentransport

3.2.5.2 Ein- und Umbau von Weichen mit Gleisbaukränen

3.2.5.3 Weicheneinbaugerät Desec (Kirow)

3.2.6 Vollmechanisierter Neubau (Gleisvorbau)/Umbau – Fließbandverfahren

3.2.6.1 Umbauzüge Bauart SMD – Neu- und Umbau mit einer Maschine

3.2.6.2 Umbauzüge Bauart SUM

3.2.6.3 Gleisumbauzug TCM60R

3.2.6.4 Gleisumbauzug P95

3.2.6.5 Kombination aus Umbauzug und Gleisreinigung

3.2.6.6 Gleisverlegemaschine zum Neubau/Vorbau von Gleisen

3.2.7 Das Verspannen des Gleises bei Neutraltemperatur

3.3 Die Einbauverfahren der Festen Fahrbahn

3.3.1 Allgemeine Konstruktionsparameter

3.3.1.1 Hydraulisch gebundene Tragschicht

3.3.2 Vorarbeiten vor Erstellung der Festen Fahrbahn

3.3.3 Erstellen der Frostschutzschicht

3.3.4 Einbringen der HGT

3.3.5 Neubau System Fertigteilplatten Bögl

3.3.6 Einbau System Rheda 2000

3.4 Resultate/Durchführung Neubau und Umbau

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

4Die Betriebsphase oder die Belastung des Gleises

ZUSAMMENFASSUNG

4.1 Allgemeines

4.2 Grundlagen

4.2.1 Güterzüge

4.2.2 Wirkende Kräfte des Güterverkehrs

4.2.3 Der Güterwagen der Zukunft

4.2.3.1 Ausbaustufe Basisausstattung

4.2.3.2 Ausbaustufe Standaktivität

4.2.3.3 Ausbaustufe Ep-Bremse

4.2.3.4 Ausbaustufe Zugintegrität

4.2.3.5 Ausbaustufe Eigenantrieb

4.2.4 Hochgeschwindigkeitszüge

4.2.5 Wirkende Kräfte des HGV-Verkehrs

4.2.5.1 Vertikalkraftschwankungen durch Polygonisierung der Räder

4.2.5.2 Vertikalkraftschwankungen durch Steifigkeitsschwankungen

4.2.6 Kraftwirkungen bei Weichendurchfahrt

4.2.7 Radlasten und zulässige Kräfte bei Bahnbaumaschinen

4.3 Fahrwiderstände

4.3.1 Die maximal übertragbare Zugkraft

4.3.2 Die Zugkraft durch Antriebsleistung

4.3.3 Spezifische Widerstandskräfte

4.3.4 Grundformel für den Laufwiderstand

4.3.4.1 Der Luftwiderstand

4.3.5 Streckenwiderstand

4.3.5.1 Spezifischer Widerstand in der Neigung

4.3.5.2 Bogenwiderstand nach Röckl

4.3.5.3 Tunnelwiderstand

4.3.5.4 Weichenwiderstandskraft

4.3.6 Beschleunigungswiderstand rotierender Massen

4.4 Bremsvermögen, Bremshundertstel

4.5 Gleitschutz und Schleuderschutz

4.6 Achslasten und Fahrgeschwindigkeiten

4.6.1 Streckenklassen

4.7 Fahrsicherheit und zulässige Fahrwegbeanspruchung

4.7.1 Zulässige Vertikal- und Lateralkräfte nach Group Standard GMRT2141

4.7.1.1 Maximal zulässige vertikale dynamische Kraft nach Group Standards

4.7.1.2 Maximale zulässige dynamische Querkraft nach Group Standards

4.7.1.3 Einzuhaltende vertikale Fahrzeugbeschleunigungen des Wagenkastens

4.7.1.4 Einzuhaltende Querbeschleunigungen des Fahrzeugkastens

4.8 Der Rad-Schiene-Kontakt

4.8.1 Paarung Radprofil und Schienenprofil – Laufeigenschaften

4.8.2 Die Hertz’sche Flächenpressung des Rad-Schiene-Kontaktes

4.8.3 Der Schlupf

4.9 Das Fahrzeug und seine Dynamik

4.9.1 Schwingungsformen von Fahrzeugen

4.10 Die dynamische Radkraft

4.10.1 Radkraftverlagerung in der Überhöhung

4.10.2 Dynamische Radkraftbegrenzung durch die Stahlqualität

4.10.3 Dynamischer Radkraftanteil durch kurzwellige Gleislagefehler

4.10.4 Dynamischer Radkrafteinfluss durch Gleissteifigkeit

4.10.5 Dynamische Radkraft durch Stoßgleis oder Schweißung

4.10.6 Dynamische Radkraft hohler Stoß und Spritzstoß

4.10.7 Dynamische Radkraft durch Flachstellen

4.10.8 Dynamische Radkraft durch Polygonisierung der Räder

4.11 Trassenpreissysteme

4.11.1 Trassenpreissystem der Schweiz

4.11.2 Trassenpreissystem Deutschland

4.11.3 Trassenpreissystem Österreich

4.11.4 Trassenpreissystem Frankreich

4.11.5 Vergleich europäischer Trassenpreissysteme

4.12 Interoperabilität des Eisenbahnverkehrs

4.13 Eisenbahnverkehr weltweit

4.14 Auswirkungen von Covid-19 auf den Eisenbahnverkehr

4.15 Modal Split Europa

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

5Überwachung und Monitoring des Gleises

ZUSAMMENFASSUNG

5.1 Allgemeines

5.1.1 Grenzwerte und Toleranzen

5.1.2 Optimale Inspektionsintervalle

5.1.3 Internationale Trends im Fahrweg Monitoring

5.1.3.1 Beachtung punktueller Instabilitäten und kurzwelliger Fehler

5.1.3.2 Georadar

5.1.3.3 Elektrische Widerstandsprofilmessung

5.1.3.4 Seismische Bodenerkundung

5.1.3.5 Schwerefeldmessungen

5.1.3.6 Neuere Ultraschallmethoden zur Schienenfehlerdetektion

5.1.3.7 Wirbelstrommessung

5.1.3.8 Wechselstromfeldmessungen

5.1.3.9 Magnetische Streuflussmessungen

5.1.3.10 Messung von Schienenoberflächen mit Scannern

5.1.4 Anforderung an die Messgenauigkeit von Gleismesswagen und Abnahmemesssysteme von Oberbaumaschinen

5.1.4.1 Unsicherheit von Messsystemen

5.1.5 Gleismessgrößen

5.1.6 Filterung und Auswertung

5.1.6.1 Offlineauswertung

5.1.6.2 Onlineauswertung

5.1.6.3 Berechnung von Butterworth-Bandpass-IIR-Filtern

5.1.7 Z-Transformation und Übertragungsfunktion

5.1.8 Fouriertransformation

5.1.9 Spektrales Leistungsdichtespektrum

5.1.10 Wavelets

5.1.11 Kalmanfilter und Anwendung

5.1.12 Geometrische Bewertungsmethoden

5.1.12.1 Standardabweichung

5.1.12.2 Logarithmische Normalverteilung

5.1.12.3 Boxplotdarstellung

5.1.12.4 Track Quality Indices (TQI)

5.1.13 Fahrzeugdynamische Bewertungsmethoden

5.1.13.1 MDZA-Ziffer

5.1.13.2 WGB-Methode

5.1.13.3 VRA-Methode

5.1.13.4 TGA-Methode

5.2 Die Verfahren/Methoden der Gleisgeometriemessung

5.2.1 Sehnenmessung

5.2.1.1 Übertragungsfunktion der Sehnenmessung

5.2.1.2 Rückrechnung von Sehnenmessungen in ursprüngliche Fehler

5.2.1.3 Rückrechnung von Sehnenmessungen mithilfe des Faktorenverfahrens nach Lichtberger

5.2.1.4 Die Übertragungsfunktion des Faktorenverfahrens

5.2.2 Gleisgeometriemessung mit inertialen Messsystemen

5.2.2.1 Inertiales Navigationsmesssystem auf Oberbaumaschinen

5.2.2.2 Inertiale Messsysteme auf Zügen

5.2.3 Gleissteifigkeitsmessung des Schotterbetts

5.2.4 Messung der Schotterbetthärte mittels vollhydraulischem Stopfaggregat

5.2.5 Rolling Stiffness Measurement Vehicle RSMV

5.2.6 Steifigkeitsmessung auf Zügen

5.2.7 Rammsondierung

5.2.8 Cone Penetration Test / Panda

5.2.9 Dynamischer Plattendruckversuch

5.2.10 Leichtes Fallgewichtsgerät

5.3 Messungen auf Fahrzeugen, Zügen

5.3.1 Fahrzeugbasierte Herzstückverschleißmessung

5.3.2 Monitoring mit Smartphone-App

5.3.3 Inertiale Navigationssysteme auf Achslagern

5.3.4 Gleismesswagen oder Messeinrichtungen auf Nahverkehrszügen?

5.3.5 Stationäre Messungen im Gleis

5.3.5.1 ARGOS-Messstellen

5.3.5.2 Intelligente Schwellen

5.3.5.3 Weichenüberwachung

5.3.5.4 Radprofil- und Fahrstabilitätsmessungen im Gleis

5.3.5.5 Laserwaage LASCA zur Messung von Radlasten und Radunrundheiten

5.3.5.6 Messung der Stützpunktkräfte

5.3.5.7 Stationäre Überwachung von Böschungsrutschungen und Gleissenkungen

5.3.5.8 Magnetfeldmessungen

5.3.5.9 Lichtfaser-Sensorik

5.3.5.10 Zugprofilmessung (Fraunhofer IPM)

5.3.5.11 Stationäre Messung von Gleiskomponenten

5.3.6 Manuelle Messungen und Inspektion

5.3.6.1 Die Gleisbegehung

5.3.6.2 Weichenmessung

5.4 Gleisvormessung zur Ermittlung von Korrekturwerten für Instandhaltungsmaschinen

5.4.1 GNSS-Messungen

5.4.2 Das Bezugsystem DB_REF der Deutschen Bahn AG

5.4.3 Festpunktvormessung

5.4.4 Langsehnenaufnahme

5.4.4.1 Maschinelle Langsehnenaufnahme

5.4.4.2 Real Time Kinematic GNSS mit inertialem Navigationssystem zur Erfassung absoluter Gleislagen

5.4.4.3 Manuelle Vormessung mit Nivellier- und Pfeilhöhenabsetzgerät

5.4.4.4 Manuelle Langsehnenaufnahme mit Tachymeter

5.5 Elektronische Gleismesswagen und Sensorik

5.5.1 Multifunktionsmesswagen

5.5.2 Oberleitungsmessung

5.5.2.1 Messung der Fahrdrahtabnutzung

5.5.2.2 Masterkennung

5.5.2.3 Optische zustandsbezogene Oberleitungsüberwachung

5.5.2.4 Kontaktkraftmessung der Oberleitung

5.5.3 Schienenmesstechnik auf Oberbaumesswagen

5.5.3.1 Ultraschallmesstechnik auf elektronischen Gleismesswagen

5.5.3.2 Wirbelstrommessung

5.5.3.3 Schienen-Querprofilmessung

5.5.3.4 Schienenriffelmessung

5.5.4 Lichtraummesszug LIMEZ III

5.5.5 Gleismessfahrzeug Railab

5.5.6 Gleismessung mittels LIDAR-Drohnentechnologie

5.5.7 Mobile-Mapping-Systeme

5.5.8 Lärmmonitoring – Bahnakustikmessungen

5.5.9 Vegetationsmessung

5.5.10 Messung des dynamischen Querverschiebewiderstandes

5.6 Manuelle mobile Messgeräte

5.6.1 Mobiles Ultraschall Schienenprüfgerät

5.6.2 Mobiles Wirbelstromprüfgerät

5.6.3 Mobiles Riffelmessgerät

5.6.4 Mobiles Schienenprofilmessgerät PMS 3

5.6.5 Manuelles mobiles Weichenmessgerät

5.6.6 Manuelles mobiles Gleisgeometriemessgerät

5.6.7 Manueller mobiler Scanner mit inertialer Mess-Einheit

5.6.8 Zerstörungsfreie Neutraltemperaturmessung

5.6.8.1 Messung des Gleis-Schwingungsverhaltens

5.6.8.2 Querverschiebewiderstandsmessungen der unbelasteten Einzelschwelle

5.6.8.3 Querverschiebewiderstandsmessungen mit Gleisstopfmaschine

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

6Beseitigung von Schienenfehlern

ZUSAMMENFASSUNG

6.1 Technologie und Eigenschaften der Schiene

6.2 Schienenproduktion

6.3 Schienenwerkstoffe

6.4 Produktionslängen – Kennzeichnung

6.5 Schienenarten

6.6 Schienenfehler

6.6.1 Rollkontaktermüdung

6.6.2 Der Schienenfehlerkatalog der UIC

6.6.3 Head Checks

6.6.4 Belgrospis

6.6.5 Squats

6.6.6 Nierenbrüche und Shelling

6.6.7 »Braune« Flecken

6.6.8 Schleuderstellen

6.6.9 Riffel

6.6.10 Schlupfwellen

6.6.11 Isolierstöße

6.6.12 Schienenbrüche

6.6.13 Die magische Verschleißrate

6.6.14 Eignung der Schienenbearbeitungsmethoden

6.6.15 Das endlos verschweißte Gleis

6.6.15.1 Das Gleisstabilitätskriterium nach Prud’homme

6.6.15.2 Herstellen durchgehend verschweißter Gleise

6.6.15.3 Weiße Schiene gegen Gleisverwerfungen

6.6.15.4 Schweißtechnische Instandsetzung

6.6.16 Das Stoßlückengleis

6.7 Geräte und Maschinen zum Schienenschweißen

6.7.1 Thermit – Aluminothermische Schweißung

6.7.2 Abbrennstumpfschweißen

6.7.3 Gaspressschweißen

6.7.4 Lichtbogenschweißverfahren

6.7.4.1 Schienenauftragsschweißen

6.8 Schienenschleifen

6.8.1 Schleifstrategien

6.8.2 Einfluss der Schleifscheiben

6.8.3 Lärmentwicklung nach dem Schleifen

6.8.4 Neuschienenschleifen

6.8.5 Akustisches Schleifen

6.8.6 Präventivschleifen

6.8.7 Zyklisches Schleifen

6.8.8 Symptomabhängiges Schleifen

6.8.9 Korrektives Schleifen

6.8.10 Schleifen von Schweißungen

6.8.11 Reprofilierung – Profilschleifen

6.8.12 Vertikaler Schienenverschleiß

6.9 Schleifmaschinen

6.9.1 Maschinen mit rotierenden Schleifscheiben

6.9.2 Maschinen mit oszillierenden Schleifscheiben

6.9.3 Rutschersteinbetrieb

6.9.4 High-Speed Grinding

6.9.5 Handgeführte Schleifgeräte

6.10 Fräsmaschinen

6.11 Schleifen oder Fräsen

6.12 Drehhobelmaschine

6.13 Hobelmaschine

6.14 Schienentausch, Schienentransport, Gleisumbau

6.15 Weicheninstandsetzung

6.16 Spurweitenberichtigung

6.17 Sanierung Schwelle/Schienenbefestigung

6.18 Bohren von Schienen

6.19 Trennen von Schienen

6.20 Schienenbiegen

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

7Beseitigung von Gleisgeometriefehlern

ZUSAMMENFASSUNG

7.1 Warum muss gestopft werden?

7.2 Was sind Gleisgeometriefehler?

7.2.1 Fehler an Stellen großer Steifigkeitsunterschiede

7.3 Methoden der Gleislagefehlerbehebung

7.3.1 Vermarkte Gleise

7.3.2 RTK-GPS vermarkte Gleise

7.3.3 Drei-Punkt-Verfahren

7.3.4 Übertragungsfunktion des Drei-Punkt-Verfahrens

7.3.5 Zwei-Sehnen-Verfahren nach Schubert mit symmetrischen Sehnen

7.3.6 Zwei-Sehnen-Verfahren nach Schubert mit asymmetrischen Sehnen

7.3.7 Vier-Punkt-Ausgleichsverfahren

7.3.8 Übertragungsfunktion des Vier-Punkt-Ausgleichsverfahrens

7.3.9 Winkelvergleichsverfahren

7.3.10 Sekanten-Verfahren

7.3.11 Moderne Ausgleichsverfahren

7.3.12 Gleisgeometrieverbesserung durch Stopfung

7.4 Steuer- und Regelungssysteme zur Gleislageberichtigung

7.4.1 Mechanische Stahlsehnensysteme

7.4.2 Überhöhungssteuerung

7.4.3 Optische Messsysteme

7.4.3.1 Optisches, kombiniertes System7-Drei-Punkt-Verfahren

7.4.3.2 NEMO – Optisches Messsystem von Matisa

7.4.4 Führung über Laser

7.4.5 Optisches Peilverfahren per Funk

7.4.6 Manuelle Aufmessung und manuelle Vorwageneingabe

7.4.7 Führung über Totalstation

7.4.8 Palas

7.5 Gleisgeometrieführungscomputer

7.5.1 Trassenplan

7.5.2 Begriffe und Definitionen der Gleis- und Bauvermessung

7.5.3 Die Darstellung der Gleisgeometrie

7.5.4 Gleisgeometrieführungscomputer CEO++

7.5.5 Gleislageoptimierung mit dem CEO++

7.5.6 Gleisgeometrieführungscomputer CATT

7.5.7 Gleisgeometrieführungscomputer WINALC/SmartALC

7.5.8 Gleislageoptimierung – Momentenverfahren nach Schubert

7.6 Zulässige Beanspruchungen des Gleises durch Stopfarbeiten

7.6.1 Hebe- und Richtkräfte

7.6.2 Wirkende Hebekräfte in Weichen

7.6.3 Maximale Radlasten

7.7 Simulation des Stopfprozesses

7.7.1 Schotterbeanspruchung durch Stopfen

7.8 Verdichtbarkeit des Gleisschotters

7.8.1 Schotterkontakte mit Schwellenunterkante

7.9 Das Stopfen des Gleises

7.9.1 Haltbarkeit der Gleislage – Memory of the Track

7.9.2 Stopfen, Stopfprinzip und Stopfparameter

7.9.2.1 Stopftiefe

7.9.3 Stopffrequenz

7.9.4 Beistellgeschwindigkeit

7.9.5 Senkgeschwindigkeit der Stopfaggregate

7.9.6 Verdichtamplitude

7.9.7 Verdichtzeit

7.9.8 Beistelldruck

7.9.9 Energieübertragung beim Stopfen

7.9.10 Mehrfachstopfen

7.9.11 Synchronstopfen

7.9.12 Asynchronstopfen

7.9.13 Stopfaggregate mit Exzenterwellenantrieb

7.9.13.1 Rotatorische Vibration

7.9.13.2 Elliptische Vibration

7.9.13.3 Lineare Vibration

7.9.13.4 Stopfaggregat mit vollhydraulischer Vibration ohne Exzenterweile

7.9.14 Das vollhydraulische Stopfaggregat als Messinstrument

7.9.15 Das System7-Automatikstopfen

7.9.16 Bestimmung der Schotterbetteigenschaften durch die Stopfung

7.9.16.1 Verdichtkraft

7.9.16.2 Schotterbettsteifigkeit

7.9.16.3 Schotterbettdämpfung

7.9.16.4 Normierte Verdichtenergie

7.9.16.5 Webplattform INFrame

7.9.16.6 Schotterbettreport

7.9.17 Einfluss der Stopfung auf den Quer- und Längsverschiebewiderstand

7.10 Die Maschinentechnik

7.10.1 Stopfzyklus und Arbeitsgeschwindigkeit

7.10.2 Problematische Betriebsarten

7.10.3 Zyklische Maschinen

7.10.4 Kontinuierlich arbeitende Maschinen

7.10.5 Sonderausführungen von Stopfmaschinen

7.11 Die Instandhaltung der Weiche

7.11.1 Problemstellen in Weichen

7.12 Einzelfehlerbehebung

7.12.1 Klassifizierung von Einzelfehlern

7.12.2 Die maschinelle Einzelfehlerbehebung

7.13 Instandhaltungsstopfen

7.13.1 Auslauframpen

7.14 Stopfen nach Neu- bzw. Umbau

7.14.1 Zulässige Höchstgeschwindigkeiten nach 2. Stabilisierung

7.15 Kombiniertes Stopfen mit Schleifen

7.16 Anbaustopfgeräte

7.17 Mobiles Hebe-Richt-Aggregat

7.18 Manuelles Stopfen/Kraftstopfer

7.19 Stoneblower

7.20 Dynamische Seitenverdichtungsmaschine

7.21 Höhenausgleich durch Ausgleichsplatten

7.22 Abnahmeschreibersysteme

7.22.1 Überprüfung der Abnahmesysteme

7.22.2 Abnahmesysteme mit inertialen Navigationsmesssystemen

7.22.3 Mehrkanalschreiber mit Papieraufzeichnung

7.22.4 Digitale Signatur und Datenverschlüsselung

7.22.5 Abnahmetoleranzen

7.22.6 Händische Nachmessungen

7.22.7 Herstellung der Neulage

7.22.8 Abnahme Feste Fahrbahn und Masse-Feder-Systeme

FAZIT

LITERATURVERZEICHNIS

Empfohlene weiterführende Literatur

Index

Vorwort

Das Große Handbuch der Gleisinstandhaltung erscheint wegen des Umfangs in zwei Bänden mit zahlreichen farbigen Abbildungen und ergänzenden Tabellen. Der vorliegende erste Band umfasst sieben Kapitel: die Geschichte der Mechanisierung des Gleisbaus, das System Gleis, den Neubau und Umbau, die Belastung, Überwachung und Messung des Gleises, die Schienenbearbeitungsmethoden und die Gleisgeometrieberichtigung mithilfe des Stopfens.

Das Buch umfasst alle Aspekte in Theorie und Praxis des Neu- und Umbaus, der Instandhaltung des Schotteroberbaus und der Festen Fahrbahn.

Es richtet sich an Instandhalter: innen und Gleisbauer: innen, Bauingenieur: innen, Architektinnen, Infrastrukturbetreiber: innen, Eisenbahningenieur: innen, Studierende der Eisenbahntechnik und des Bauingenieurwesens, fachlich an der Eisenbahn Interessierte oder beruflich anderweitig mit ihr Verbundene. Es ist als Handbuch und Nachschlagewerk konzipiert.

Der Autor möchte sich an dieser Stelle bei seiner Frau, Dr. Christina Wehringer, bedanken, die mit scharfem analytischen Verstand das Manuskript wiederholt gelesen, editiert und mich beraten hat. Dank gebührt auch Herrn Matthias Reihs, der das Buch layoutet und gesetzt hat. Seine Akkuratesse, seine Anregungen und ästhetische Gestaltung tragen wesentlich zur Qualität des Buches bei.

Ich möchte mich auch bei den zahlreichen Firmen und Personen bedanken, die mir Unterlagen, Abbildungen und Fotos freundlicherweise und unentgeltlich zur Verfügung gestellt haben.

Leider zeigten sich der Marktführer, Firma Plasser und Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft mbH, und die Firma Robel Baumaschinen GmbH nicht kooperativ, weswegen Abbildungen und Unterlagen diese Firmen betreffend nicht auf dem letzten Stand sind. Die Lesenden mögen dies entschuldigen.

Mit diesem Buch möchte ich einen Beitrag zur Entwicklung des Gleises und seiner Instandhaltung leisten. Mich selbst hat die Eisenbahn mit all ihren funkelnden, interessanten Facetten immer begeistert, und ich hoffe diesen Funken an andere weitergeben zu können.

August2022

Bernhard Lichtberger

2 Das System Gleis und seine Instandhaltung

ZUSAMMENFASSUNG

Das Eisenbahngleis bildet mit seinen Komponenten ein System, das Zügen eine spurgeführte, sichere Fahrbahn bereitstellt. Das Verständnis für das komplexe Verhalten und die wechselseitigen Abhängigkeiten der Komponenten untereinander im Fall statischer und überlagerter dynamischer Belastung durch Züge und Instandhaltungsmaßnahmen beschreibt am besten eine systemische Betrachtungsweise.

Das Gleis besteht aus Komponenten. Dazu zählen im Schottergleis die Schienen, die Schienenbefestigung, die Schwellen, der Gleisschotter, die Planumsschutzschicht, die Frostschutzschicht, die Drainage, etwaige Geotextilien und der anstehende Boden, Brücken, Tunnels, Weichen, Kreuzungen, Plattformen und Bahnübergänge. Bei der festen Fahrbahn sind es neben der Schiene und Schienenbefestigungen je nach Bauart Schwellen, Beton, Asphalttragschichten, Planum und Untergrund. Nebeneinrichtungen sind Masten mit Oberleitung, Randwege, Kabelkanäle und Lärmschutzwände.

Ohne Zugverkehr würde das Gleis mit seinen Einrichtungen durch Wind, Wetter, korrosive Vorgänge und Bewuchs langsam verfallen. Auch das ist ein System, welches aber seinen eigentlichen Zweck nicht erfüllt. Die Hauptaufgabe des Gleises sind die Spurführung von Eisenbahnfahrzeugen und die Aufnahme und Abtragung der Führungskräfte in den Gleiskörper und letztlich in den Untergrund.

Das Gleis erfüllt seinen Systemzweck, wenn es Fahrzeugen einen sicheren, stabilen und komfortablen Fahrweg bietet. Bild 2.1 zeigt einen Shinkansenzug. Angedeutet wird die Belastung des Gleises durch die wirkenden vertikalen Achslasten PO und die Summe der Führungskräfte ∑Y.

Das Gleis ist in seinen Wechselwirkungen und in seiner Vielgestaltigkeit nur schwer vorhersehbar; die gegenseitige Beeinflussung der Komponenten ist komplex.

Bild 2.1: Beanspruchung des Gleises durch Radsatzlast PO und Summe der Führungskräfte ∑Y (Shinkansen E6-Serie); Quelle: WikiCommons CC BY-SA 3.0, Cheng-en Cheng.

2.1 Die systemische Sicht

Der Eisenbahningenieur denkt bei der Betrachtung des Gleises systemisch und wendet äquivalente Methoden an. Von diesem Standpunkt aus nimmt er eine ganzheitliche Perspektive ein. Diese hilft ihm vernetzt, zukunfts- und lösungsorientiert zu denken. Dieses systemische Denken lenkt den Blick von einem linearen Denkstil auf eine ganzheitliche Sicht. Anstelle Ausschnitte des Gleises isoliert zu betrachten, fokussiert er auf komplexe Zusammenhänge und Wechselwirkungen des Gleissystems.

Die Gleiskomponenten sind durch Beziehungen verbunden. Der systemische Ansatz versucht aus den Beziehungen das Verhalten der Komponenten zu verstehen. Er denkt in Prozessen, nicht in Zuständen. Systemgrößen existieren nur in Form von Abhängigkeiten – als Ergebnis von anderen Parametern, die auf sie verstärkend oder dämpfend einwirken. Ziel ist ein Theoriengebäude, das Hypothesen über Zusammenhänge und Beziehungen formuliert und deren Überprüfung erlaubt.

Statische und dynamische Belastungen des Gleises verändern dessen Eigenschaften. Schienen, Schwellen und Schotter nutzen sich ab, Gleislagefehler entstehen. Diese erzeugen mit den Fahrzeugen dynamische wechselwirkende Kräfte und vergrößern mitkoppelnd die Unstetigkeiten.

Bild 2.2: Komplexe Beanspruchung des Gleises; Quelle: Autor.

Das Bild 2.2 veranschaulicht das System Gleis mit seinen Beanspruchungen, dem Gleismonitoring und den Instandhaltungsmethoden. Neubau und Umbaumaßnahmen sind in der Systembetrachtung Instandhaltungsarbeiten. Sie tauschen Teilkomponenten des Systems und stellen die Funktion des Gesamtsystems sicher.

2.2 Systemische Sicht und Gleisinstandhaltungsmethoden

Gleisinstandhaltungsmethoden greifen ihrerseits mit statischen und dynamischen Kräften in dieses System ein und führen es in einen verbesserten Zustand über. Die Kenntnis der Systemzusammenhänge beeinflusst die Instandhaltungsmethoden. Dies bestimmt zum Beispiel die Art des Instandhaltungseingriffs bei Schienenfehlern, ob Fräsen der Schiene oder Schienentausch erfolgversprechender sind; es determiniert, ob gestopft oder gereinigt werden soll. Das dynamische Verhalten des Schotters bedingt die optimale Verdichtung und Verdichtungszeit, die Frequenz der Verdichtamplitude, die Stopfkräfte usw.