EIK EISENBAHN INGENIEUR KALENDER EISENBAHN INGENIEUR KALENDER JAHRBUCH FÜR SCHIENENVERKEHR & TECHNIK

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1 EISENBAHN INGENIEUR KALENDER 2 mm EIK EISENBAHN INGENIEUR KALENDER JAHRBUCH FÜR SCHIENENVERKEHR & TECHNIK HERAUSGEBER VERBAND DEUTSCHER EISENBAHN-INGENIEURE E.V. Cover_EIK20.indd :50

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3 Impressum EISENBAHN INGENIEUR KALENDER Chef- und Fachredakteur Dipl.-Ing. Peter Schill DB Netz AG Pfarrer-Perabo-Platz 4, Frankfurt/M. Tel.: , Fax: Verlag EIK JAHRBUCH FÜR SCHIENENVERKEHR & TECHNIK DVV Media Group GmbH Eurailpress Nordkanalstraße 36, D Hamburg Postfach 0609, D-2000 Hamburg Tel.: , Fax: Verlagsleitung: Detlev K. Suchanek Verlagsredaktion Dipl.-Journ. (FH) Jennifer Schykowski (verantw.) Tel.: ; Miriam Schmolke (Red. Ass.) Tel.: ; Red. Fax: Anzeigenleitung Silke Härtel (verantw.), Tel.: VERBAND DEUTSCHER EISENBAHN-INGENIEURE E.V. Redaktionsbeirat Dipl.-Ing. Jürgen Alms, Bereichsleiter Operations, Thales Rail Signalling Solutions GmbH, Stuttgart Dipl.-Inf. Michael Baranek, Chief Innovation Manager, DB Systel, Frankfurt/M. Dr. Gunnar Baumann, Leiter Verbund und Fahrbahntechnik, DB Systemtechnik, München Dipl.-Ing. Jürgen Beer, Referatsleiter EW 5, Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung, Bonn Dr.-Ing. Jens Böhlke, Abteilungspräsident, Eisenbahn- Bundesamt, Bonn Dr. Jörg Bormet, Eisenbahnbetriebsleiter NL Südwest, DB Netz AG, Karlsruhe Prof. Dr.-Ing. Stephan Freudenstein, Lehrstuhl und Prüfamt für Verkehrswegebau, TU München Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht, Institut für Land- und Seeverkehr, Fachgebiet Schienenfahrzeuge, TU Berlin Dr. Martin Henke, Geschäftsführer Eisenbahnverkehr, VDV, Köln Dipl.-Ing. Klaus Junker, Bevollmächtigter des Vorstands für Eisenbahnbetrieb, Frankfurt/M. Dipl.-Ing. Bernd Kaiser, Geschäftsführer Überwachungsgemeinschaft Gleisbau e.v., Wiesbaden Dr.-Ing. Katharina Klemt-Albert, Bereichsleiterin Bauüberwachung, DB ProjektBau GmbH, Berlin Prof. Dr.-Ing. Jürgen Krimmling, Lehrstuhl für Verkehrsleitsysteme und -prozessautomatisierung, TU Dresden Dipl.-Ing. Günther Krug, Public Relations Bombardier Transportation, Berlin Dipl.-Ing. Hans-Theo Kühr, Geschäftsführer, Ingenieurbüro Vössing, Düsseldorf Dipl.-Ing. Jürgen Mallikat, Bereichsleiter Eisenbahn- und Maschinentechnik, Eisenbahnbetrieb, VDV, Köln Prof. Dr.-Ing. Jörn Pachl, Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrssicherung, TU Braunschweig Dipl.-Ing. Hubert Sacher, Leiter Kompetenzzentrum, TÜV Süd, München Dipl.-Ing. Wolfgang Scherz, Hessische Landesbahn GmbH Prof. Dr.-Ing. Christian Schindler, Lehrstuhl für Konstruktion im Maschinen- und Apparatebau (KIMA), TU Kaiserslautern Dipl.-Ing. Axel Schuppe, Geschäftsführer Technik, Verband der Bahnindustrie in Deutschland e.v., Berlin Prof. Dr.-Ing. Thomas Siefer, Institut für Verkehrswesen, Eisenbahnbau und -betrieb, Universität Hannover Dipl.-Ing. Artur Stempel, Konzernbevollmächtigter für die Region Südost und den Freistaat Sachsen, DB AG, Leipzig Ing. Rainer Wenty, Plasser & Theurer, Wien Prof. Dr.-Ing. Jörg Zimmermann, Studiendekan Vermessungswesen, HTW Dresden 4 EIK 20

4 Gleisstopfen Moderne Vier-Schwellen- Stopftechnologie Univ.-Doz. Dr. Bernhard Lichtberger Forschungs- & Versuchsabteilung Plasser & Theurer, Linz, Österreich Historischer Abriss der Entwicklung des Stopfens Die erste Periode der Mechanisierung des Gleisbaus und der Gleiserhaltung von wurde durch das Ziel der Verringerung der Bau- und Instandhaltungskosten geprägt. Die Mechanisierung der schwersten Arbeiten, das Stopfen und die Gleisreinigung, erfolgte in den Jahren von Ab 960 begann die Entwicklung von Multifunktionsmaschinen. Eingeleitet wurde diese Entwicklung durch die erste Nivellierstopfmaschine VKR 04. Davor erfolgte das Nivellieren und Heben des Gleises durch eigene Arbeitsvorgänge sowie Gleishebe-Heftmaschinen. Abb. : Die beiden Pioniere der Oberbaumaschinenentwicklung Franz Plasser (links) und Dr. Josef Theurer (rechts) Abb. zeigt die bedeutendsten Pioniere im Bereich der Oberbaumaschinen Franz Plasser und Dr. Josef Theurer. Die Fa. Plasser & Theurer war die entscheidende Triebfeder für praktisch alle Neuentwicklungen seit dem Beginn der 50er-Jahre auf diesem speziellen Sektor. Um nur einige der bedeutendsten Entwicklungen zu erwähnen: Erste Integration des Hebens und Richtens in Stopfmaschinen, erste Zwei-, Drei- und Vier-Schwellen-Stopfmaschine, erste kontinuierlich arbeitende Stopfmaschine, erste Weichenstopfmaschine, erste kombinierte Strecken-Weichenstopfmaschine etc. Ab 965 setzte der Trend zur Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit voll ein. Eingeleitet wurde dieser Entwicklungsschub durch die erste Zwei-Schwellen-Stopfmaschine Duomatic. Ab 967 folgte der Einsatz von Maschinensystemen, wie dem Mechanisierten Durcharbeitungszug MDZ. 97 erreichte man eine weitere Leistungssteigerung durch die Konstruktion von Großmaschinen in Regelfahrzeugcharakter. Die Jahre nach 980 waren geprägt durch die Entwicklung von kontinuierlich arbeitenden Stopfmaschinen. Ab 996 erfolgte der Schritt zur Drei-Schwellen-Stopfmaschine und 2005 die Entwicklung der ersten Vier-Schwellen- Stopfmaschine. Die kontinuierlich arbeitenden Maschinen brachten eine erhebliche Leistungssteigerung mit sich, weil nicht mehr die gesamte Maschine beschleunigt wurde, sondern nur der Satellit mit den Arbeitsaggregaten. Ergänzt wurde diese Entwicklung durch die Integration des Dynamischen Gleisstabilisators in die Stopfmaschinen. EIK 20 3

5 Bahnanlagen + Instandhaltung 2 Stopftechnologie heute 2. Die Notwendigkeit des Stopfens Die wichtigsten Gründe für das Stopfen sind: Die Beseitigung von Gleisfehlern in Höhe und Richtung, damit die Betriebssicherheit und der Fahrkomfort der Züge gegeben sind. Die Beseitigung der Schwellenhohllagen, damit die Last gleichmäßig auf die Schwellen verteilt und in den Untergrund abgeleitet wird. Die Herstellung von definierten Auflagern, um Instabilitäten wie das Schwellenreiten zu vermeiden und die Verbesserung der Gleisqualität bevor ein nicht mehr umkehrbarer Verfall des Gleises einsetzt. 2.2 Die Asynchron-Gleichdruckstopfung Die fachgerecht durchgeführte Asynchron- Gleichdruckstopfung erzeugt hinsichtlich der vertikalen Steifigkeit und Lastverteilung kontinuierliche und homogene Schwellenauflager. Bei der asynchronen Gleichdruck- stopfung wird unter Einwirkung von Vibration und druckgesteuerter Beistellkraft der Schotter unter den Schwellen verdichtet, wobei nicht die Wege der Stopfwerkzeuge als Kriterium, sondern deren wirksame Stopfkräfte genommen werden. Das heißt, dass jeder einzelne Stopfarm mit seinen Stopfpickeln unabhängig von den anderen so lange beigestellt wird, bis der eingestellte optimale Stopfdruck, und damit auch der entsprechende Verdichtungsgrad, erreicht ist. Dies ist umso wichtiger, als in Abhängigkeit von den Hebungen die Hohlräume unter den einzelnen Schwellen verschieden groß sind und damit auch die erforderlichen Beistellwege zur Verdichtung variieren. Abb. 2 zeigt schematisch ein Stopfaggregat. 2.3 Stopfparameter, die die Qualität der Stopfung beeinflussen 2.3. Stopffrequenz, Verdichtamplitude und Beistellgeschwindigkeit Bei Frequenzen im Bereich bis etwa 35 Hz ergibt sich eine Auftriebskraft beim Stopfen und damit verbunden eine bleibende He- Abb. 2: Schematische Darstellung eines Stopfaggregates 32 EIK 20

6 Gleisstopfen Beistelldruck Bei der asynchronen Hochdruck-Vibrationsstopfung wird der Arbeitsvorgang erst bei Erreichen des eingestellten Stopfdruckes beendet. Um eine homogene verdichtete Bettung zu erzeugen, muss der Stopfeingriff vom Erreichen des Beistelldruckes aller Stopfwerkzeuge abhängig sein. Dies ist nur dann möglich wenn die Stopfwerkzeuge sich wegunabhängig voneinander einstellen können. Diese Voraussetzung ist nur bei der Asynchronstopfung erfüllt. Die Stopfdrücke für das linke und rechte Aggregat müssen gleich eingestellt sein. Bei loser Schotterbung, während es bei größeren Frequenzen zu einem Fließen des Schotters und einer Absenkung der Schwelle kommt. Fließender Schotter kann nicht verdichtet werden. Neben der Stopfamplitude und der Stopffrequenz ist auch die Beistellgeschwindigkeit eine wichtige Einflussgröße. Zur Umlagerung des Korngerüstes (dem Verdichten) ist neben einer entsprechenden Kraft eine Mindestzeitdauer für den Kraftimpuls erforderlich. Ist diese Impulsdauer zu kurz, geht die Verdichtwirkung trotz größerer Schlagkräfte zurück. Bei 45 Hz ist die übertragbare Verdichtungsenergie deshalb geringer als bei 35 Hz Beistellweg und Beistellzeit Der Beistellweg hängt von den Schotterverhältnissen (verkrustet, vorverdichtet) und der Eintauchposition ab. Übliche Beistellwege liegen bei 20 mm. Langjährige Erfahrung und Untersuchungen der DB AG zei- gen, dass zum Erreichen des notwendigen Beistelldruckes und einer guten Verdichtung bei einer Durcharbeitung eine Verdichtungszeit von mindestens 0,8 Sekunden notwendig ist. Größere Verdichtungszeiten als,5 Sekunden bringen keine weitere entscheidende Verbesserung. Eine breite Produktpalette für Neubau, Wartung und Qualitätssicherung von Gleisen und Oberleitungen The most comprehensive range of quality equipment for track and OHL laying, maintenance and control CEMAFER Gleisbaumaschinen und -geräte GmbH Ihringer Landstrasse Breisach EIK 20 33

7 Bahnanlagen + Instandhaltung Abb. 3: Stopfpickel mit Rundum-Panzerung bettung (z. B. nach Reinigung und Neulage) und den normalerweise damit verbundenen notwendigen hohen Hebungen wird grundsätzlich mit Doppelstopfung gearbeitet der Stopfdruck muss entsprechend angepasst werden Stopftiefe Die Stopftiefe hat für eine hochwertige Verdichtung des Schotters unter der Schwelle ausschlaggebende Bedeutung. Bei zu geringer Tiefe schlagen die Stopfpickel an den Schwellen an, bei zu großer Tiefe kommt es zu einer ungleichmäßigen und unvollständigen Verdichtung des Schwellenauflagers. Die Stopftiefensteuerung muss auf beiden Seiten gleiche Abschaltpunkte aufweisen. Die Senkgeschwindigkeiten müssen ebenfalls gleich eingestellt werden Mindesthebung Eine wichtige Voraussetzung für einen gleichförmigen Verdichtungsaufbau ist die der Stopfung vorausgehende Hebung des Gleises. Durch die Hebung werden unter den Schwellen jene Freiräume geschaffen, in denen sich der Schotter zu einer neuen Verdichtungsstruktur formen lässt. Wird das Gleis bei der Stopfung nicht angehoben, dann wird den eindringenden Stopfpickeln ein hoher Schotterwiderstand entgegengesetzt. Das Volumen des Schotters, welches den Stopfwerkzeugen entspricht, muss dann zwangsweise verdrängt werden (ins Zwischen- und Vorfach). Die hohen Kräfte wirken in diesem Fall auf die Stopfmaschine zurück und erhöhen so den Verschleiß der Werkzeuge. Forschungen haben zudem gezeigt, dass Hebungen mit 5 20 mm in gleich großen Setzungen resultieren. Das heißt, um Gleisfehler dauerhaft zu berichtigen, sind Hebungen von mehr als 20 mm erforderlich Stopfpickelzustand Die Stopfpickel selbst sind das Bindeglied zwischen Stopfaggregat und Schotter, wel- 34 EIK 20

8 Gleisstopfen ches die Verdichtungsenergie überträgt. Ein einwandfreier Zustand der Stopfpickel ist daher für optimale Stopfergebnisse von großer Bedeutung. In Abb. 3 ist ein mit Hartmetallplatten gepanzerter langlebiger Stopfpickel zu sehen. Dieser Stopfpickel ist durch einen sehr geringen Verschleiß und hohe Langlebigkeit gekennzeichnet. Abgenützte Stopfpickel sind nach einem maximalen Verschleiß von 20 % zu ersetzen Bedeutung der Steifigkeit und der Länge des Maschinenrahmens Die heutige torsions- und biegesteife Ausführung der Rahmen moderner Oberbaumaschinen erlaubt das Heben schwerer Gleise und Weichen bei vermindertem Nachschwingen des gesamten Hebe- und Richtsteuerkreises. Damit erhöht sich die Bearbeitungsqualität des Gleises. Die Verlängerung der Maschinenrahmen hat auch das Ziel, die auftretenden Schienenspannungen beim Heben und Richten des Gleises zu verringern. Wie Abb. 4 zeigt, können größere Hebungen, wie sie bei Stopfungen nach Um- und Neubauten erfolgen, nur mit Maschinen mit größeren Längen unter Einhaltung der zulässigen Schienenspannungen bearbeitet werden. Optimale Arbeitsparameter für Stopfaggregate sind: Betriebsart: Asynchronstopfen Frequenz f = 35 Hz Pickel amplitude A 0 = 3 5 mm Stopfdruck p = 5 25 bar Beistellzeit t = 0,8,2 s (0,8 s bei Neulagen mehrfach tauchen,,2 s Durcharbeitung Standard) Stopftiefe h = 5 20 mm Freiraum Schwellenunterkante zu Stopfpickelplattenoberkante Wir planen, liefern, montieren und warten Fahrleitungsanlagen Weichenheizungen Weichensteuerungen Vertrieb von Fahrleitungsmaterial Wir freuen uns auf Ihre Anfrage! K+M Fahrleitungstechnik Malerstraße 22, Isenbüttel Tel , EIK 20 35

9 Bahnanlagen + Instandhaltung Abb. 4: Maximale Schienenspannungen bei verschiedenen Maschinenlängen 3 Kontinuierlich stopfende Streckenstopfmaschinen der Serie 09-3X/4X 982 wurde der Prototyp einer kontinuierlichen Stopfmaschine gebaut und seit 983 im regulären Baustelleneinsatz in Österreich betrieben die CSM. Die Idee der kontinuierlich arbeitenden Stopfmaschinen besteht in der Trennung des Aggregatteils vom Hauptmaschinenrahmen. Dadurch steht während des Arbeitens nur der Nivellier-Stopf- und Richtteil still, die Maschine fährt kontinuierlich weiter. Nach einem beendeten Nivellier-, Richt- Abb. 5: Stopfexpress 09-4X 36 EIK 20

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