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2122WS Schienenverkehr > Lastverteilung Schiene, Oberbau, Unterbau > Flashcards

Lastverteilung Schiene, Oberbau, Unterbau Flashcards

1
Q

Welche Kräfte wirken in horizontaler Richtung?

A

Längsrichtung
• Anfahren und Bremsen
• Temperaturveränderungen

Querrichtung
• Spurführung

Gegenkräfte
• Widerstände in Längs- und Querrichtung (Befestigungen, etc.)

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2
Q

Welche Gleiswiderstände gibt es?

A

Längswiderstände
• Längsverschiebewiderstand (LVW)
-> Längsverschiebung des Gleisrosts in der Schotterbettung
• Durchschubwiderstand:
-> Verschiebung gegenüber Schwelle (Schiene/Schienenbefestigung)

Querwiderstand
• Querverschiebewiderstand (QVW):
-> Querverschiebung des Gleisrosts in der Schotterbettung

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3
Q

Nach welcher Systematik erfolgt die Kraftverteilung vom Rad zum Untergrund?

A
  • sehr hohe Pressung an Rad-Schiene-Berührpunkt
  • schrittweiser Abbau der Pressung über einzelne Systemkomponenten
  • stetig größer werdende Auflagerflächen
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4
Q

Wie groß sind die Auflagerflächen, auf die die Last abgetragen wird, in etwa jeweils?

A
  • Rad-Schiene: 3cm²
  • Schiene-Schienenbefestigung: 200cm²
  • Schienenbefestigung-Schwelle: 510cm²
  • Schwelle-Bettung: 2380cm²
  • Bettung-Unterbau: 10100cm²
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5
Q

Wie groß ist der Druck zwischen den lastabtragenden Schichten in etwa jeweils (bei Q = 125 kN)?

A
  • Rad-Schiene: 42000N/cm²
  • Schiene-Schienenbefestigung: 420N/cm²
  • Schienenbefestigung-Schwelle: 170N/cm²
  • Schwelle-Bettung: 37N/cm²
  • Bettung-Unterbau: 10N/cm²
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6
Q

Welche Oberbauformen gibt es?

A
  • mit Holzschwelle
  • mit Stahlbetonschwelle
  • Feste Fahrbahn
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7
Q

Wie ist der Oberbau mit Holzschwelle aufgebaut?

A
  1. Schiene (Regelgüte)
  2. Lager (Rippenplatte)
  3. Holzschwelle
  4. Schotterbett
  5. Untergrund (Boden)
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8
Q

Wie ist der Oberbau mit Stahlbetonschwelle aufgebaut?

A
  1. Schiene (Zugfestigkeit 680-1200 N/mm²)
  2. Lager (Rippenplatte)
  3. Stahlbetonschwelle
  4. Schotterbett
  5. Planums- und Frostschutzschicht
  6. Untergrund (Boden)
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9
Q

Wie ist die feste Fahrbahn aufgebaut?

A
  1. Schiene (Zugfestigkeit 680-1200 N/mm²)
  2. Lager (Zwischenlage)
  3. Feste Fahrbahn
  4. Tragbetonplatte und Fundament
  5. Planums- und Frostschutzschicht (mit Geotextil)
  6. Untergrund (Boden)
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10
Q

Wie lautet das Grundprinzip des Schienenfahrwegs?

A

Ableitung der vertikalen Kräfte unter Einhaltung der zulässigen Spannungen an den Grenzflächen

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11
Q

Welche Aufgabe erfüllt ein Oberbau mit Schwellen ganz besonders? Nenne ein bekanntes Schlagwort dazu!

A

• Mittragende Schwellen
==> Absenkung der Spitzenkräfte
==> ‚langsamer‘ Auf- bzw. Abbau der Vertikalkräfte aus einem Rad
• Schlagartige Belastung aus Radüberfahrten werden durch gewollte Einsenkung der Schwellen abgemildert

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12
Q

Was ist der wesentliche Unterschied bzgl. des Lastabtrags zwischen Holz- und Betonschwellen?

A

• Holzschwellen federn

Anteil am gesamtelastischen Verhalten des Gleises:
• Holzschwelle: ca. 15%
• Betonschwelle: ca. 0,8%

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13
Q

Was ist das Prinzip der mittragenden Schwellen?

A
  • Last verteilt sich nicht nur auf eine, sondern auch auf die benachbarten Schwellen
  • die eigentlich belastete Schwelle trägt somit ca. 40,8% der Last (bei einer Last auf einer Schwelle)
  • > Einsenkung kann auf etwa 1mm begrenzt werden
  • > allmählicher Aufbau der Kräfte
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14
Q

Was ist die Bemessungsgröße des Oberbaus?

A

Lasttonnen je Zeit

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15
Q

Wie werden Lasttonnen je Zeit ermittelt?

A
  • Summe der Bruttogewichte der Züge über einen Querschnitt
  • Zuweilen auch gewichtet mit Faktoren, die die Verschleißwirkung einfangen sollen
  • Große Achslasten werden höher gewichtet
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16
Q

In welche Teile lässt sich Schieneninfrastruktur allgemein gliedern?

A
  • Oberbau
  • Unterbau
  • Untergrund
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17
Q

Was gehört zum Oberbau?

A
  • Schienen und Schwellen (schwimmend gelagert)
  • Schotterbettung
  • Planumsschutzschicht
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18
Q

Was gehört zum Unterbau?

A
  • Frostschutzschicht

* verdichteter und verbesserter Erdkörper (Dammschüttung)

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19
Q

Was sollte auffallen, wenn man den Querschnitt eines Schienenwegs betrachtet?

A

Neigung zu einer Seite:
• belasteter Bereich: 1:20
• Böschung/Graben: 1:1,5

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20
Q

Wie tief sollte eine Drainage oder ein Seitengraben mindestens sein?

A

40cm unter Erdplanum/unterhalb des Unterbaus

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21
Q

Wie hoch liegt der Schotter im Verhältnis zum Gleisrost?

A

Schotter geht bis auf die Schwellen, damit genug Material am Schwellenkopf anliegt und der Querverschiebewiderstand gewährleistet ist

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22
Q

Was sind die Aufgaben der Schwellen?

A
  • Herstellung und Beibehaltung der Spurweite
  • Ableitung der entstehenden Kräfte auf die Bettung
  • Festhalten der Schienen
  • Sichern des Fahrwegs
  • Dämpfen der Schwingungen der Schienen
  • Verringern der Schallemissionen
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23
Q

Was für Bauformen gibt es von Schwellen?

A 
• Stahl-/Trogschwelle
-> Trogschwelle
-> Y-Stahlschwelle
• Holzschwelle
• Betonschwelle
-> Biblockschwelle
-> Monoblockschwelle (Rahmen- und Breitschwelle)
• Kunststoffschwelle
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24
Q

Was sind die Eigenschaften einer Holzschwelle?

A
  • Abmaße: 26 x 16 x 260 cm
  • Eiche, Buche
  • Lebensdauer: 25–45 Jahre
  • nicht für 𝑣 > 160 km/h geeignet (geringer QVW)
  • 15 % geringerer QVW als Beton
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25
Q

Nachteile von Holzschwellen

A
  • anfällig für Witterungseinflüsse (früher: Imprägnierung mit Teeröl)
  • Austrocknung und Rissbildung
  • Spurverengung durch Verziehen der Schwellenenden
  • Aufweitung der Befestigungslöcher
  • Einpressen der Rippenplatte
  • Fäulnis
26
Q

Was sind die Eigenschaften einer Stahlschwelle (Trogschwelle)?

A
  • Liegedauer 40–60 Jahre

* 9mm U-Profil mit Öffnung nach unten

27
Q

Vorteile von Stahlschwellen (Trogschwellen)

A

• geringes Transportgewicht
• geringe Einbauhöhe
==> weniger Schotter nötig

28
Q

Nachteile von Stahlschwellen (Trogschwellen)

A

• starke Schotterabnutzung
durch ungedämpfte Schläge (Abhilfe: elastische Zwischenlagen)
• geringer QVW (Abhilfe: Tiefziehen der Außenbleche)
• Richten schwierig

29
Q

Vorteile von Y-Stahlschwellen

A
  • hoher QVW, LVW
  • hohe Steifigkeit
  • einfaches Recycling
  • geringe Bauhöhe
  • geringer Schotterbedarf
  • geringe Bettungsbreite
  • geringeres Transportgewicht
30
Q

Nachteile von Y-Stahlschwellen

A
  • Spezialmaschinen nötig

* höherer Stückpreis

31
Q

Vorteile von Betonschwellen (Standard)

A
  • gute Spurhaltung
  • lange Liegezeit
  • preiswert
  • Befestigung wartungsfrei
  • höheres Gewicht ==> höherer QVW
  • qualitativ hochwertige Produktion
32
Q

Nachteile von Betonschwellen (Standard)

A
  • anfällig für Stoß und Schock
  • Gewicht erschwert Handling
  • ungeeignet für Brücken
  • harte Schwellenunterkante
33
Q

Wodurch kann der QVW zusätzlich erhöht werden?

A

Schwellenanker

  • > werden aufgeschraubt
  • > wie Flossen am Schwellenkopf
34
Q

Wodurch kann der LVW zusätzlich erhöht werden?

A

Wanderschutzklemme

-> wird unter das Gleis geklemmt

35
Q

Welche Aufgaben haben Schienenbefestigungen?

A
  • Kräfte ableiten
  • Spurweite halten
  • stabile Gleislage
  • elektrische Isolation
36
Q

Was sind die wesentlichen Anforderungen, die an die Schienenbefestigungen gestellt werden?

A

• ausreichende und dauerhafte Verspannung mit Schwelle
(kraftschlüssige Verbindung)
• dauerhaft elastische Lagerung
• verschleißarm
• einfache Konstruktion, wenig Bauteile, preiswert

37
Q

Welche Kräfte wirken auf die Schienenbefestigung?

A

• Vertikalkräfte
-> über Rippenplatte in Schwelle ableiten
-> Dämpfung mit Zwischenlagen
• Querkräfte
-> über Zwischenlagen auf Schwelle ableiten
-> Aufnahme durch Schotterbett (sonst: Gleisverdrückung)
• Längskräfte (z. B. Temperaturspannung)
-> feste Verspannung
=> Durchschubwiderstand

38
Q

Wie können sie unterschieden werden und was für Formen von Schienenbefestigung gibt es?

A

DIREKT (nur Holzschwellen)
• Schienennägel
• Federklammer
• Schwellenschrauben

INDIREKT
• K-Oberbau (Holz)
• KS-Oberbau (Holz oder Beton)
• W-Oberbau (Beton)

Außerdem: STARR/ELASTISCH

39
Q

Was sind die Vorteile von direkter/indirekter Schienenbefestigung?

A

DIREKT
• wenige Teile
• einfacher Einbau

INDIREKT
• bessere Verspannung

40
Q

Was sind die Nachteile von direkter/indirekter Schienenbefestigung?

A

DIREKT
• Nagellöcher weiten sich aus
• komplizierter Schienentausch

INDIREKT
• viele Bauteile (K) -> können vormontiert werden

41
Q

Was sind Beispiele für direkte starre Schienenbefestigungen?

A

• Schienennagel

42
Q

Was sind Beispiele für indirekte starre Schienenbefestigungen?

A

• K-Oberbau (Klemmplatte)

43
Q

Was sind Beispiele für direkte elastische Schienenbefestigungen?

A

• W-Oberbau (Winkelführungsplatte)

44
Q

Was sind Beispiele für indirekte elastische Schienenbefestigungen?

A

• KS-Oberbau (Klemmplatte, Spannklemme)

45
Q

Welche Oberbauten haben Spannklemmen?

A

KS-Oberbau (Skl 12)
• nicht vormontierbar, weil Spannklemme fest verschraubt werden muss

W-Oberbau (Skl 14)
• (vormontierbar, weil Spannklemme flexibel verschraubt werden kann

46
Q

Welche Funktion erfüllt das Schotterbett?

A

• schwimmende Lagerung des Gleisrosts im Schotterbett

47
Q

Anforderungen ans Schotterbett

A
  • gute Lastverteilung
  • hoher Längs- und Querverschiebewiderstand
  • leichte Widerherstellung und Korrektur der Gleislage
  • Entwässerung
  • Gewährleistung der Gleiselastizität
48
Q

Anforderungen an den Schotter selber

A
  • druckfest
  • schwer spaltbar
  • Schlag- und Abriebfest
  • kostengünstig
  • wetterfest
  • Körnung: 30–65 mm
  • Hartgestein
  • scharfkantig
49
Q

Was für Mindestdicken müssen bei der Schotterbettung eingehalten werden?

A 
• 0,2–0,4m Mindestdicke unter Schwelle
• 0,4–0,5m vor Kopf
• Verfüllung
-> 𝑣 < 140 km/h bis Unterkante Schwelle
-> 𝑣 > 140 km/h bis 4 cm unter Oberkante
50
Q

Was macht eine optimale Bettung aus?

A
  • möglichst hohe Bettungsdichte (optimale Widerstände -> keine Höhen- oder Richtungsfehler)
  • großflächige Lastverteilung auf den Unterbau
  • 30-40cm Bettungsdicke
  • 40-50cm Vorkopfschotter
51
Q

Wie hoch ist der Schotterbedarf für ein Einzelgleis?

A

2.100 m3/km ≜ 3.050 t/km

52
Q

Was passiert bei einer schlechten Bettungsqualität?

A

höhere dynamische Kräfte
==> Überbeanspruchung des Materials
==> kürzere Lebensdauer
==> höherer Instandhaltungsaufwand

53
Q

Ursachen für Bettungsverschmutzung

A
  • „normaler“ Betrieb (Absplitterung, Reibung)
  • Feinbestandteile nach dem Einbau
  • Ablagerungen aus der Luft
  • Ladungsrückstände
  • aufsteigende Feinanteile aus dem Untergrund
  • Vegetationsrückstände
54
Q

Auswirkungen von Verunreinigungen im Gleisbett

A
  • Reibung zwischen Schotterkörnern sinkt
  • Druckausbreitungswinkel verkleinert sich
  • Elastizität sinkt
  • Gleislage verschlechtert sich
  • schlechter Wasserabfluss
55
Q

Wozu führt mangelnde Entwässerung im Schotterbett?

A
  • Aufschwimmen
  • Frostsprengung
  • Materialvermischung (Pumpeffekt)
56
Q

Wozu führt mangelnde Entwässerung im Unterbau?

A
  • Aufweichen
  • Materialvermischung
  • Anheben des Planums (Kapillarwasser + Frost)
57
Q

Was sind Lösungen um eine ordnungsgemäße Entwässerung sicherzustellen?

A
  • Grabenentwässerung

* Tiefenentwässerung

58
Q

Was lässt sich zum Setzungsverhalten von Schotter sagen?

A 
3 Phasen:
• Sofortsetzung = Setzung
infolge von Anfangsschubverformung 𝑠01
und / oder Sofortverdichtung 𝑠02
• Konsolidationssetzung 𝑠1
• Kriechsetzung 𝑠2
59
Q

Wie viel Einsenkung der Schiene wird toleriert?

A
  • Deutschland 1-2 mm
  • SNCF 1,2 mm
  • JR 1,6 mm
  • SFS alt 0,3-0,4 mm (zu hart)

Wenn Einsenkung zu groß: Schotter stopfen!

60
Q

Wodurch kann die Schotterbeanspruchung reduziert werden?

A

• Verkleinerung der Aufsetzgeschwindigkeit bzw. Abhebung des Gleisrostes
-> Größere Radabstände
-> Größeres Gewicht des Gleisrostes
• Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Schwelle und Schotter
• Unterschottermatten (Reduktion von Erschütterungen, Körperschall und Durcharbeitungszyklen (LCC))

61
Q

Was ist und was macht die Planumsschutzschicht?

A
  • Kies-Sand-Gemisch
  • erhöht die Tragfähigkeit
  • stetiger Übergang der Elastizitäten (Schotter zu Untergrund)
  • schützt Schotter vor Verunreinigungen
  • bessere Wasserableitung
  • Frostschutz

2122WS Schienenverkehr (13 decks)

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