Verkehr II - Bahninfrastruktur

Einfache Weichen sind Weichen mit einem geraden und einem gekrümmten Ast mit normierter Radien. Dabei unterscheidet man von Weichen mit einem gebogenen (durchgehender Bogen bis zum Weichenende) oder einem geraden (der Bogen endet vor dem Herzstück) Herzstück. Es gibt auch Doppelweichen (DW). Dabei gibt es zwei Weichen mit 3 wegführenden Gleisen. 

Bei Weichen wird der abzweigende Bogen üblicher-weise direkt an die Gerade angeschlossen ohne Übergangsbogen.

Der resultierende Ruck ist vom Ablenkungsradius der Weiche, von der Geschwindigkeit sowie vom Achs- bzw. Drehgestellmittenabstand abhängig.

Zur Verbesserung der Fahrdynamik wurden Klothoidenweichen entwickelt, bei welchen das Zweiggleis als Mittelteil einer Scheitelklothoide ausgebildet ist.

Das Stammgleis wird entsprechend der anschliessenden Strecke überhöht. Bis zur letzten durchgehenden Schwelle herrscht somit eine Abhängigkeit der Überhöhung des Zweiggleises von derjenigen des Stammgleises

Bogenweichen sind Weichen, deren Stränge teilweise oder auf der ganzen Länge einen von der Grundform unterschiedlichen Krümmungsverlauf aufweisen. Durch die Anwendung von Bogenweichen lässt sich unter anderem auch Nutzlänge in den Stationsgleisen gewinnen.

1. 

Der Unterschied zwischen Innenbogenweichen und Aussenbogenweichen sind, das beim ersteren der Kreismittelpunkt beider Stränge sich auf derselben Seite befindet und beim letzteren jeweils auf der gegenüberliegenden Seite. Bei Innenbogenweichen wird der Hauptstrang in die Richtung des Nebenstranges gebogen und bei Aussenbogenweichen wird vom Nebenstrang weggebogen.

2.

Die Einheitsweichen sind geometrisch und konstruktiv so ausgebildet, dass sie sich mit geringen werkstatt-seitigen Veränderungen bis zu einem Grenzwert ver-biegen lassen.

Dabei wird das Sperrdreieck um den Weichenschnitt-punkt WS gedreht, bleibt aber formkonstant.

Bei Aussenbogenweichen gilt die symmetrische Weiche als Grenzwert für das Verbie-gen.

In Kreuzungsweichen werden eine Gleisdurch-schneidung und eine oder zwei Weichen in einem Element vereinigt. Kreuzungsweichen sind konstruk-tiv aufwendige und unterhaltsintensive Konstrukti-onen. Zwei Grundformen:

• KW mit innenliegenden Zungen: Anwendung nur bei kleinen Radien und damit tiefen Geschwindigkeiten
• KW mit aussenliegenden Zungen: Anwendung für höheren Geschwindigkeiten

-Kapazität der Anlagenteile für den erwarteten Personenfluss

-Zeitbedarf für Fusswege

-Nachweis einer angemessenen Benützungsqualität

• Perronanlage
• Perronzugänge
• Unter-/Überführungen mit deren Zugängen
• Verzweigungs- und Zubringeranlagen
• Haltestellen des öffentlichen Nahverkehrs
• Fussgängeranlagen in Einrichtungen kommerzieller Nutzungen

Die Geschwindigkeit von Fussgängern wird von vielem beeinflusst; Physischen Fussgänger-eigenschaften ( Alter, Geschlecht, Gepäck, Grösse, Gewicht, etc. ), Anlageneigenschaften (Steigung von Rampen, Treppen, etc.), Umgebungseinflüsse (Witterung, Fussgängerdichte, etc.) und emotionale und kulturelle Einflüsse (Charakter, Temperament, etc.). Die Durchschnittsgeschwindigkeit von Fussgängern liegt bei 1.34 m/s.

Das Maximum der Leistungsfähigkeit wird nicht bei höchster Geschwindigkeit erreicht, höchste Fussgängergeschwindigkeit und maximale Leistungsfähigkeit schliessen sich gegenseitig aus. Bei der Leistungsauslegung von Fussgängeranlagen interessieren die drei folgenden Zusammenhänge, welche im Fundamentaldiagramm dargestellt sind

Level-of-Service LOS ist eine Grösse zur Beschreibung der Fussgängerdichte und zur Beurteilung der Benützerqualität.

Die Verkehrsqualität, welche bei Bemessungsbelastung einzuhalten ist, soll dabei hinreichende Qualitäts- und Leistungsreserven für die kurzzeitige Spitzen vorhalten

Zudem ist sicherzustellen, dass bei allen Typen von Teilanlagen bei einem gegebenen Lastfall ein homogenes Qualitätsniveau gewährleistet ist

Längerdauernde Verkehrsbelastung: LOS B

Kurzzeitiger Stossverkehr : LOS D

An Engpässen : maximal LOS E

Massgebende Lastfälle

Kurzzeitiges Verkehrsaufkommen einer ist abhängig von einer systematischen Streuung (Jahreszeit, Wochentag, Tageszeit, kurzzeitige Streuungen) und Pulks (zufällige Pulks, stossweise Belastungen durch entleeren der Reisewagen).

Maximale Überlagerung der Aussteigerströme von Zügen auf dem Perron

Bei der Dimensionierung von Perronanlagen und –abgängen sind oft Zugankünfte massgebend. Das Entleeren von Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs lässt sich mithilfe der Türleistungsfähigkeit und Zahl der Fahrzeugtüren abschätzen.

• Schiene                            primäres Trag-, Führungs- und Verschleisselement
• Schienenbefestigung       Verbindung der Schienen mit den Schwellen für die Rahmensteifgkeit
• Querschwelle                   hat lastverteilende Funktion und sichert Spurhaltung
• Schotterbett                     gewährleistet elastische Lagerung und erlaubt Gleislagekorrekturen,

                                                     seitliche Überhöhung des Schotterbetts verhindert Instabilitäten

• Fundationsschicht            hat lastverteilende Funktion, leitet Oberflächenwasser aus Last-

                                                     Bereich auf Seite des Gleises

Der schichtartige Aufbau ermöglicht eine gute Verteilung der Verkehrslasten, so dass die zulässigen Höchstwerte der Schotterpressungen unter der Schwelle und die zulässigen Bodendruckspannungen unterhalb des Planums nicht überschritten werden. Die Kräfte werden durch die elastische Lagerung des Gleises auf mehrere Stützpunkte verteilt. Stützpunkte sind so aufgebaut, dass die Kraft bei jeder Gleiskomponente auf immer grössere Fläche verteilt werden kann. Hauptbauformen sind der Schotteroberbau und die feste Fahrbahn (schotterloser Oberbau).

1. Die Höhe des Schotterbettesist darauf auszurichten, dass vertikale Druckkräfte gleichmässig auf den Unterbau übertragen werden.

2. Die Bettungsstärke wird von Unterkante Schwelle bis Oberkante Unterbau gemessen.

3. In Kurven mit weniger als 30 mm Überhöhung wird die Höhendifferenz der beiden Schienen durch unterschiedliche Bettungsstärken erreicht. Bei stärkerer Überhöhung wird auch das Planum angepasst.

Bei Festen Fahrbahnen wird der Schotter durch Beton oder Asphalt ersetzt. Wegen der höheren Steifigkeit dieser Materialien muss die erforderliche Elastizität durch spezielle Schienenbefestigungen oder durch Gummieinlagen unterhalb der Schwellen gewährleistet werden. 

1.

-geringe Flächenpressung (Rad / Schiene)

-ausreichender senkrechter Abnützungsspielraum am Schienenkopf

-genügende Stegdicke für grosse Tragfähigkeit, Biegesteifigkeit und ausreichende Tragfähigkeit bei Rostbildung

-breiter Fuss für gute Standsicherheit

-grosses vertikales Widerstandsmoment durch grosse Schienenhöhe und grossem Kopf- bzw. Fuss-QS

-hohes Wiederstandmoment gegen horizontale Kräfte

-hohe Kippsicherheit

-möglichst grosse Ausrundungen für günstige Spannungsverteilung

-Schwerpunkt möglichst in halber Schienenhöhe

2. Rillenschienen werden verbaut, falls neben Bahnen auch Strassenfahrzeuge (z.B. Tram) eine Schiene benutzen. 

1. Schienen werden üblicherweise im „naturharten“ Zustand ausgeliefert. Dabei gibt es drei Güteklassen:

-Regelgüte (Zugfestigkeit ca. 680 MPa)

-Verschleissfeste Güte (Zugfestigkeit ca. 860 MPa)

-Hochverschleissfeste Sondergüte (Zugfestigkeit > 1080 MPa): Verwendung in Kurven durch der deutlichen Verschleisszunahme und bei stark belasteten Strecken.

3. Schienen, welche zu 97 – 98 % aus Eisen bestehen, werden mittels Stranggiessen zu Vorblöcken gegossen. Bei einer Temperatur von 1280° C werden die Schienen durch Walzen in ihre Form gebracht. Da der dickere Schienenkopf langsamer abkühlt als der dünne Steg und der Fuss, verbiegt sich die Schiene und ist nach dem Abkühlen bei 60°C zu richten.

1. Leit- und Fangschienen hindern das Rollmaterial im Falle einer Entgleisung, die Gleisanlage seitlich zu verlassen,

2. wobei Leitschienen in engen Kurven eingesetzt werden um das Aufsteigen des bogenäusseren Rades zu verhindern. Fangschienen werden z.B. auf Stahlbrücken eingesetzt um die Stahlkonstruktion im Falle einer Entgleisung zu schützen. 

1. Anforderungen der Schienenbefestigung:

• elastische Lagerung der Schiene auf der Schwelle (Verschleiss, Fahrkomfort, Lärm)
• gute Spurgenauigkeit und Spurhaltung
• Gute Lastverteilung, nicht zu hohe Kantenpressungen
• hoher Durchschubwiderstand
• Korrosionsbeständigkeit
• einfache Montage/Demontage

2. Durch das Einbringen einer elastischen Zwischenlage wie Kunststoff zwischen Schiene und Unterlagsplatte kann die Oberbauelastizität erhöht werden. Dadurch werden auch die örtlichen Überbeanspruchungen durch das Aufliegen der Schiene auf einer Kante vermieden.

1. Zwei bewegliche, verstellbare Zungen ergeben zusammen die Zungenvorrichtung, welche im Zusammenwirken mit den Spurkränzen dazu dient, die Fahrzeuge in die geforderte Richtung zu lenken. Sie werden mittels Weichenantrieben bewegt.

2. Durch die hohe Beanspruchung unterliegen sie einem starken Verschleiss und müssen oftmals vorzeitig ausgewechselt werden

1. Bauformen von Herzstücken sind:

• Blockherzstück: ganzes Herzstück in einem Block gegossen
• Verbundherzstück: geometrisch flexibel
• Herzstück mit beweglichen Spitzen: für hohe Geschwindigkeiten
• Herzstück mit beweglichen Flügelschienen: für kleinbogige Weichen z.B. U-Bahn

2. Mit dem unvermeidlichen Einsinken des Rades durch Wechsel des Aufstandpunktes im Herzstückbereich entstehen vertikale Kräfte, die zu erhöhten Abnützungen führen. Durch Abstimmung von Radbreite, Durchschneidungswinkel und Bauart des Herzstückes wird das in diesem Bereich dennoch möglichst durchgehend gestützt.

1. Der Weichenantrieb hat die Aufgabe, die Zunge der Weiche von der einen in die andere Stellung zu bewegen.

2. Der Weichenantrieb ist nicht direkt mit der Zunge verbunden, sondern mit dem Weichenverschluss, um bei einem Defekt die Lage der Zungenschiene nicht ungewollt zu ändern.

3. Weichenanschlüsse haben die Aufgabe, die Weichenzunge in der anliegenden Stellung sicher an der Stockschiene zu halten.

4. Um die Weichen zu verschliessen gibt es zwei Methoden:

-Man kann die anliegenden Zungen mit ihrer Backenschiene verbinden

-Man kann sie gegen einen Block in der Weichenmitte abstützen (=Blockverschluss)

5. Ausserdem gibt es drei Bauarten:

-Jüdelverschluss (Blockverschluss)

-Klammerspitzenverschluss

-Klinkenverschluss

-günstige Herstellung

-Einfacher Einbau

-Hohe Liegedauer (Witterungs- und Korrosionsempfindlichkeit

-grosse Ermüdungsfestigkeit

-gute Spurhaltung und Lastverteilung