Verkehr 2 K4

• Aus technischer Sicht auch auf HGV-Strecken eine Schotterfahrbahn möglich.
• Investitionskosten der FF müssen < 30 % höher als bleiben
• Massnahmen zur Untergrundverbesserung oft 2 bis 2.5 Mal teurer als bei Schotterfahrbahn
• Mehrkosten müssen durch kunstbautenärmere Trassierung kompensierbar sein.
• Vorteilhaft in Tunnels, da Untergrund fest; D / A: Feste Fahrbahn ab 500 m, CH: Feste Fahrbahn ab 1000 m
• Feste Fahrbahn auf langen Brücken auch vorteilhaft, bedingt Vorkehrungen zum Ausgleich der Längsdehnungen.
• Feste Fahrbahn bis heute Sonderbauform (< 2 % des Streckennetzes).

Schiene ist gleichzeitig Trag-/Führungssystem und Fahrbahn. Sie unterliegt:

• Statischen und dynamischen Kräften
• Abnützung durch den Rad-Schienen-Kontakt
• Witterungseinflüssen
• Eigenspannungen infolge Walzen und Richten

• Geringe Flächenpressungen (Rad/ Schiene) durch günstige Formgebung und breite Lauffläche.
• Ausreichender senkrechter Abnützungsspielraum am Schienenkopf.
• Genügende Stegdicke für grosse Tragfähigkeit, Biegesteifigkeitm und ausreichende Tragfähigkeit bei Rostbildung.
• Breiter Fuss für gute Standsicherheit und geringe Flächenpressung; genügende Dicke für Steifigkeit und Reserven bei Rostbildung.
• Grosses vertikales Widerstandsmoment, durch grosse Schienenhöhe und grossem Kopf- bzw. Fussquerschnitt.
• Hohes Widerstandsmoment gegen horizontale Kräfte.
• Hohe Kippsicherheit durch günstiges Verhältnis zwischen Höhe und Fussbreite.
• Schwerpunkt möglichst in halber Schienenhöhe.
• Möglichst grosse Ausrundungsradien für günstige Spannungsverteilung sowie einfache Herstellung (Walzen).

Bei Anlagen des öffentlichen Verkehrs sind die Umsteigezeiten aufgrund des Fahrplanes gegeben und sollen von möglichst allen Fahrgästen auf akzeptable Weise einhaltbar sein.

• Hier sind deshalb nebst dem Mittelwert zusätzlich die Streuungen der Geschwindigkeit zu betrachten.
• Die Fussgängergeschwindigkeiten sind näherungsweise standardverteilt, mit einer Standardabweichung von 19.3 % des Mittelwertes.
• In Funktion des Anteils der Fahrgäste, welche innert der gegebenen Zeit den Anschlusszug erreichen sollen, ist die Bemessungsgeschwindigkeit abzumindern.
• Welche Unterschreitenswahrscheinlichkeit gewählt wird, ist eine Ermessensfrage.
• Im allgemeinen dürfte eine um 1.0 bis 1.5 reduzierte Geschwindigkeit angemessen sein.
• Diese gestattet rund neun von zehn Fahrgästen das Erreichen der Anschlusszüge mit üblichem Geschwindigkeitsverhalten.

• In der Schweiz werden international standardisierte Schienenprofile UIC 54E (SBB IV) und UIC 60 (SBB VI) eingesetzt.
• Bei Geschwindigkeiten über 160 km/h ausschliesslich das Profil UIC 60.
• Regellänge der Schiene wird bestimmt durch die Transport- und die Lagermöglichkeiten sowie Einbauwerkzeuge.
• Regellänge der Schweizer Normalspurbahnen beträgt 36 m.
• Meterspurbahn Lieferlängen von 60 m, 30 m, 18 m oder 15 m gebräuchlich.

• Soll der Fahrweg auch von Strassenfahrzeugen genutzt werden, z.B. beim Tram oder bei Industriegleisen, so werden Rillenschienen verwendet.
• Rillenschienen für Strassenbahnen sind stärker ausgebildet, als dies aus statischen Gründen erforderlich wäre.
• Die grosse Höhe des Steges wird benötigt, um die Spurstangen zu befestigen.
• Tiefe der Rille hängt von der Form des Spurkranzes ab.
• Rillenschienen werden in Längen von 15 - 36 m geliefert (Regellänge: 18 m).
• Die Festigkeit beträgt normalerweise 700 - 900 N/mm2.
• Gebräuchlichstes Profil ist das Profil Ri 60.

Schienen werden üblicherweise im “naturharten” Zustand ausgeliefert (mehr oder weniger über die ganze Höhe die gleiche Härte).

Drei Güteklassen von Schienen:

• Regelgüte (Zugfestigkeit ca. 680 N/mm2),
• Verschleissfeste Güte (Zugfestigkeit ca. 860 N/mm2),
• Hochverschleissfeste Sondergüten (bainitisch): Insbesondere in Kurven (Radien < 600 m) nimmt der Verschleiss deutlich zu, weshalb hier und bei stark belasteten Strecken hochverschleissfeste Sondergüten (Zugfestigkeit > 1080 N/mm2) zum Einsatz kommen.

Zum Vergleich: Baustahl hat Zugfestigkeiten < 500 N/mm2.

• Der Stahl wird auf der Stranggiessanlage zu Vorblöcken gegossen.
• Die Vorblöcke werden vor der weiteren Verarbeitung auf eine Walztemperatur von ca. 1280 C° gebracht.
• Im Walzwerk durchläuft das Walzgut mehrere verschieden geformte Walzen.
• Aus einem Vorblock entsteht so in 12-20 Walzgängen eine bis zu 120 m lange Schiene
• Auf dem Kühlbett langsam und möglichst gleichmässig abkühlt
• Nach dem Abkühlen auf ca. 60 C° sind die Schienen horizontal und vertikal zu richten.

• Fang- und Leitschienen dienen dazu, im Falle einer Entgleisung das Rollmaterial daran zu hindern, die Gleisanlage seitlich zu verlassen.
• Leitschienen werden in engen Kurven eingesetzt, um ein Aufsteigen des bogenäusseren Rades zu verhindern.
• Fangschienen werden beispielsweise auf Stahlbrücken eingesetzt, um die Stahlkonstruktion im Falle einer Entgleisung zu schützen.

• Elastische Lagerung der Schiene auf der Schwelle (Verschleiss, Fahrkomfort, Lärm).
• Gute Spurgenauigkeit und Spurhaltung.
• Gute Lastverteilung, nicht zu hohe Kantenpressungen.
• Hoher Durchschubwiderstand.
• Hohe Verdrehungssteifigkeit des Systems Schiene- Schwelle.
• Möglichkeit zur elektrischen Isolation.
• Einfache Montage und Demontage.
• Eignung für mechanisiertes Verlegen.
• Korrosionsbeständigkeit.
• Verwendbarkeit in Gleisen und Weichen.

• Direkte Befestigung: mit/ohne Unterlagsplatte -> mit/ohne Klemmplatte
• Indirekte Befestigung: mit Unterlagsplatte -> mt/ohne Klemmplatte

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

• Das Herzstück ermöglicht das Durchfahren sich schneidender Schienenstränge und ist neben den Weichenzungen das am stärksten beanspruchte Teil einer Weiche.
• Beim Übergang von der Flügelschiene auf die Herzspitze oder umgekehrt kommt es zu mehr oder weniger starken Stössen.
• Deshalb werden die Schienenköpfe aus besonders harten und schlagfesten Stählen gefügt.
• Die Liegedauer ist dennoch vergleichsweise kurz.

• Blockherzstück (Stahlguss): Hier wird der ganze Herzstückkomplex (Spitze, Flügelschienen) in einem Block gegossen.
• Verbundherzstücke: Diese wurden durch die Einführung von Bogen-weichen begünstigt, da sie flexibel sind. Durch die Verbundkonstruk-tion können die jeweiligen Teile zudem materialmässig auf die entsprechenden Anforderungen ausgelegt werden.
• Herzstücke mit beweglichen Spitzen: Diese wurden für Strecken mit hoher Geschwindigkeit entwickelt, wobei die Spitzen gelenkig und federnd beweglich sein können. Gegenüber konventionellen Herzstücken sind die Räder kontinuierlich gestützt und geführt, sodass keine Radlenker mehr notwendig sind.
• Herzstücke mit beweglichen Flügelschienen: Alternativ zu einer beweglichen Herzspitze, können auch die Flügelschienen bewegt werden. Dieses System ist besonders geeignet für kleinbogige Weichen, z.B. U-Bah und Nahverkehrsbetriebe sowie Tram-Train- Systeme.

• Der Weichenantrieb hat die Aufgabe, die Zungen der Weiche von der einen in die andere Stellung zu bewegen.
• Der Weichenantrieb ist nicht direkt mit der Zunge verbunden, sondern mit dem Weichenverschluss.
• Dadurch wird verhindert, dass bei einem Defekt am Weichenantrieb die Lage der Zungenschiene ungewollt geändert wird.
• Bei einem Weichenumstellvorgang um eine sicherheitsrelevante Funktion handelt, besteht ein enger steuerungstechnischer Zusammenhang mit dem Stellwerk.
• elektromechanisch oder elektrohydraulisch

• Weichenverschlüsse haben die Aufgabe, die Weichenzungen in der anliegenden Stellung sicher an der Stockschiene zu halten.
• Mit Weichenverschlüssen sind hier vor allem die mechanischen Sicherungen direkt an der Weiche gemeint.
• Im Stellwerk gibt es weitere (meist elektronische) Sicherungen.

Zwei Methoden, die Weiche zu verschliessen:

• Man kann die anliegende Zunge mit ihrer Backenschiene verbinden.
• Man kann sie gegen einen Block in der Weichenmitte abstützen (= Blockverschlüsse).

In der Schweiz verwendete Bauarten:

• Jüdelverschluss (Blockverschluss)
• Klammerspitzenverschluss
• Klinkenverschluss

• Günstige Herstellung
• Einfacher Einbau
• Hohe Liegedauer (Witterungs- und Korrosionsunempfindlichkeit)
• Grosse Ermüdungsfestigkeit
• Gute Weiterverwend- und Recyclierbarkeit nach Ablauf der Lebensdauer
• Gute Spurhaltung
• Gute Lastverteilung
• Hoher Seiten- und Längsverschiebewiderstand (Gewicht)
• Gute Isolierfähigkeit (d.h. Möglichkeit, beide Schienenstränge elektrisch voneinander zu trennen)
• Gute Befestigungsmöglichkeiten für die Schienen

• Gute Bearbeitbarkeit.
• Im Vergleich zu Betonschwellen relativ leicht und gut transportierbar.
• Die Schienen lassen sich gut befestigen.
• Holzschwellen können gut unterstopft und gerichtet werden.
• Gute Beständigkeit gegen chemische Einflüsse aus der Luft.
• Eignung für Tunnels (bei gleich bleibender Feuchtigkeit sehr lange Liegedauer möglich).
• Ausgezeichnetes elastisches Verhalten. Unempfindlich gegen Überbeanspruchungen.
• Keine Probleme mit der Spurhaltung bei Entgleisungen.
• Gute elektrische Isolation der Schienen.

• Hoher Preis.
• Grosse Lagerhaltung notwendig (Zeitaufwand für Tränkung und Trocknung).
• Vergleichsweise kurze Lebensdauer.
• Anfälligkeit auf tierische und pflanzliche Schädlinge.
• Aufwendige Entsorgung aufgrund der Imprägnierung.
• Allmähliche Verschlechterung der Spurhaltung.
• Aufgrund des geringeren Gewichts ein ca. 15% kleinerer Seitenverschiebewiderstand als bei Betonschwellen, weshalb Holzschwellen nur für Geschwindigkeiten bis 160 km/h geeignet sind.

• Günstige Formgebungsmöglichkeiten, einfache Herstellung langer Weichenschwellen.
• Kleines Gewicht, dadurch gute Handhabung.
• Einfache, direkte und billige Befestigung der Schienen.
• Hohe Lebensdauer bei nicht aggressivem Klima (ca. 50 - 60 Jahre).
• Material von alten Schwellen kann wieder verwendet werden; hoher Schrottpreis.
• Guter Längs- und Seitenverschiebewiderstand.
• Unempfindlich gegen Überbeanspruchungen.
• Dauerhafte Spurhaltung.

• Der Preis unterliegt den stark schwankenden Welthandelspreisen für Stahl.
• Teure und unterhaltsintensive Schienenisolierung.
• Der Schotter wird aufgrund der ungedämpften Schläge stark abgenutzt.
• Gefahr von Korrosion (im Bereich von Industrien, in Tunnels).
• Spurhaltung bei Entgleisungen nicht gewährleistet.
• Risse in der Schwellendecke ausgehend von den Befestigungslöchern.
• Höhere Fahrgeräusche als auf Holz- und Betonschwellen.

• Kostengünstig.
• Kann in Betonwerken hergestellt werden.
• Günstige Formgebungsmöglichkeit.
• Hohe Lebensdauer.
• Alte Schwellen sind rezyklierbar oder für einfache Stützkonstruktionen wiederverwendbar.
• Guter Längs- und Querverschiebewiderstand dank hohem Gewicht und der Möglichkeit, die Unterseite mit Rippen o. ä. auszustatten.
• Dauerhafte Spurhaltung.

• Das Gewicht setzt maschinellen Einbau voraus.
• Nur für durchgehend verschweisste Gleise geeignet, da die Schienenstösse die schlagempfindlichen Schwellen rasch zerstören.
• Bei Zweiblockbetonschwellen ist die Spurhaltung bei Entgleisungen nicht gewährleistet.
• Zerstörung der Monoblockschwelle durch entgleiste Räder.

• Ist bei einer Fahrbahnsanierung jedenfalls eine Unterbausanierung notwendig, so ist die Betonschwelle in der Regel der Holzschwelle in jeder Belastungsklasse überlegen.
• Muss der Unterbau für den Einsatz der Betonschwelle zuvor saniert werden, so ist die Verwendung von Betonschwellen gegenüber Holzschwellen nur wirtschaftlich bei tiefen kalkulatorischen Zinssätzen von unter 1 bis 2 %.
• Ein Vergleich aus ökologischer Sicht ist schwierig und lässt je nach Gewichtung von einzelnen Faktoren eine unterschiedliche Bewertung zu.
• Werden beispielsweise Präferenzen wie Toxizität, Ressourcenverbrauch und Abfall hoch gewichtet, so fällt der Entscheid zu Gunsten der Betonschwellen aus.
• Bei einer höheren Gewichtung von Faktoren wie Klimawandel und Landnutzung, so wird die Holzschwelle besser bewertet.

• Das Widerstandsmoment der Schiene kann durch die Laschen nicht erreicht werden. Daher ist der Schienenstoss statisch eine Unstetigkeit im Gleis.
• Infolge der Stosslücke zwischen den Schienenenden üben die darüberrollenden Räder starke Schläge auf die Schienenenden aus, wodurch die Kanten am Schienenkopf beschädigt werden.
• Verbindungsmöglichkeiten:
  • Verlaschtes Gleis
  • Verschweisstes Gleis

• Gewöhnlichen Schienenstösse gestatten den Schienenenden eine Bewegung von nur etwa ± 1 cm
• Wird eine wesentlich grössere Bewegungsfreiheit gefordert, so sind Ausziehstösse (Dilatationsstösse) anzuwenden
• Können auf beweglich gelagerten Brücken- Tragkonstruktionen notwendig werden

• Die Signaltechnik arbeitete über lange Zeit vorwiegend mit Gleisstromkreisen, bei denen die Schienen als Stromleiter dienten.
• An den Begrenzungsstellen von Gleisstromkreisen sind die Schienen unterbrochen und müssen gegeneinander isoliert werden.
• Elektrischer Prüfwiderstand muss ≥ 5000 Ω sein.
• Auf offener Strecke zunehmend durch Achszähler abgelöst.

Ziel ist eine homogene, durchgehende Fahrbahn:

• Fahrkomfort verbessert sich.
• Die Beanspruchung des Fahrzeugfahrwerkes wirdreduziert.
• Der Fahrbahnverschleiss wird an den Übergängen von einer Schiene auf die andere minimiert.
• Der Schotter wird weniger rasch zerstört.

Voraussetzung: Sicherstellung der seitlichen Gleislagestabilität; siehe später!

• Die aluminothermische Schweissung wird eingesetzt, wenn bereits vor Ort verlegte Schienen miteinander verschweisst werden sollen.
• Die Schweissportion, welche für die Verfüllung der Schweisslücke verwendet wird, wird in einer Schweissform vorbereitet.
• Eisenzunder mit Aluminium vermischt und gezündet, wodurch die chemische Reaktion in Gang gesetzt wird.
• Al2 + Fe2O3 = Al2O3 + Fe2 + XWs (=flüssige Schlacke) + 850 kJ
• Die Schienen werden in einem Abstand von 20 – 22 mm eingespannt und die Giessform wird über die Schweissstelle gelegt.
• Erstarrung dauert 3 - 5 Minuten. Danach wird die Form abgenommen und die Schweissstelle bearbeitet.

• Für die Elektrische Abbrennstumpfschweissung sind grosse Maschinen erforderlich.
• Zum Schweissen werden die beiden Schienenenden eingespannt und mit Schweissstrom versorgt (10'000 - 40'000 A; 6 - 15 V).
• Vorteil der Abbrennstumpfschweissung liegt im gleichmässigen Härteverlauf in der Schiene.
• Zeitbedarf für den Schweissvorgang bei rund 3 min.
• Schienenbrüche an der Schweissnaht sehr viel seltener.
• Anwendung im Werk oder auf mechanisierten Baustellen.

• Festhaltung des Gleisrostes in der genauen, geometrischen Lage.
• Gewährleistung eines für den Reisenden hinreichenden Komforts.
• Aufnahme der von den Fahrzeugen ausgeübten lotrechten und waagerechten Kräfte ohne bleibende Verformung auf den Untergrund zu übertragen.
• Gute Entwässerung.
• Geringe Investitions- und Instandhaltungskosten.

• Normalerweise gebrochener Hartgesteinsschotter.
• Kieselkalkstein, harter Sandstein, Porphyr, fester Kalkstein (Schweiz).
• Basalt, Diabas, Quarzporphyr, Diorit, Grauwacke, Glaukoquarzit (BRD).