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

Lastverteilung Schiene, Oberbau, Unterbau Flashcards

(61 cards)

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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
Nachteile von Holzschwellen
* anfällig für Witterungseinflüsse (früher: Imprägnierung mit Teeröl) * Austrocknung und Rissbildung * Spurverengung durch Verziehen der Schwellenenden * Aufweitung der Befestigungslöcher * Einpressen der Rippenplatte * Fäulnis
26
Was sind die Eigenschaften einer Stahlschwelle (Trogschwelle)?
* Liegedauer 40–60 Jahre | * 9mm U-Profil mit Öffnung nach unten
27
Vorteile von Stahlschwellen (Trogschwellen)
• geringes Transportgewicht • geringe Einbauhöhe ==> weniger Schotter nötig
28
Nachteile von Stahlschwellen (Trogschwellen)
• starke Schotterabnutzung durch ungedämpfte Schläge (Abhilfe: elastische Zwischenlagen) • geringer QVW (Abhilfe: Tiefziehen der Außenbleche) • Richten schwierig
29
Vorteile von Y-Stahlschwellen
* hoher QVW, LVW * hohe Steifigkeit * einfaches Recycling * geringe Bauhöhe * geringer Schotterbedarf * geringe Bettungsbreite * geringeres Transportgewicht
30
Nachteile von Y-Stahlschwellen
* Spezialmaschinen nötig | * höherer Stückpreis
31
Vorteile von Betonschwellen (Standard)
* gute Spurhaltung * lange Liegezeit * preiswert * Befestigung wartungsfrei * höheres Gewicht ==> höherer QVW * qualitativ hochwertige Produktion
32
Nachteile von Betonschwellen (Standard)
* anfällig für Stoß und Schock * Gewicht erschwert Handling * ungeeignet für Brücken * harte Schwellenunterkante
33
Wodurch kann der QVW zusätzlich erhöht werden?
Schwellenanker - > werden aufgeschraubt - > wie Flossen am Schwellenkopf
34
Wodurch kann der LVW zusätzlich erhöht werden?
Wanderschutzklemme | -> wird unter das Gleis geklemmt
35
Welche Aufgaben haben Schienenbefestigungen?
* Kräfte ableiten * Spurweite halten * stabile Gleislage * elektrische Isolation
36
Was sind die wesentlichen Anforderungen, die an die Schienenbefestigungen gestellt werden?
• ausreichende und dauerhafte Verspannung mit Schwelle (kraftschlüssige Verbindung) • dauerhaft elastische Lagerung • verschleißarm • einfache Konstruktion, wenig Bauteile, preiswert
37
Welche Kräfte wirken auf die Schienenbefestigung?
• 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
Wie können sie unterschieden werden und was für Formen von Schienenbefestigung gibt es?
DIREKT (nur Holzschwellen) • Schienennägel • Federklammer • Schwellenschrauben INDIREKT • K-Oberbau (Holz) • KS-Oberbau (Holz oder Beton) • W-Oberbau (Beton) Außerdem: STARR/ELASTISCH
39
Was sind die Vorteile von direkter/indirekter Schienenbefestigung?
DIREKT • wenige Teile • einfacher Einbau INDIREKT • bessere Verspannung
40
Was sind die Nachteile von direkter/indirekter Schienenbefestigung?
DIREKT • Nagellöcher weiten sich aus • komplizierter Schienentausch INDIREKT • viele Bauteile (K) -> können vormontiert werden
41
Was sind Beispiele für direkte starre Schienenbefestigungen?
• Schienennagel
42
Was sind Beispiele für indirekte starre Schienenbefestigungen?
• K-Oberbau (Klemmplatte)
43
Was sind Beispiele für direkte elastische Schienenbefestigungen?
• W-Oberbau (Winkelführungsplatte)
44
Was sind Beispiele für indirekte elastische Schienenbefestigungen?
• KS-Oberbau (Klemmplatte, Spannklemme)
45
Welche Oberbauten haben Spannklemmen?
KS-Oberbau (Skl 12) • nicht vormontierbar, weil Spannklemme fest verschraubt werden muss W-Oberbau (Skl 14) • (vormontierbar, weil Spannklemme flexibel verschraubt werden kann
46
Welche Funktion erfüllt das Schotterbett?
• schwimmende Lagerung des Gleisrosts im Schotterbett
47
Anforderungen ans Schotterbett
* gute Lastverteilung * hoher Längs- und Querverschiebewiderstand * leichte Widerherstellung und Korrektur der Gleislage * Entwässerung * Gewährleistung der Gleiselastizität
48
Anforderungen an den Schotter selber
* druckfest * schwer spaltbar * Schlag- und Abriebfest * kostengünstig * wetterfest * Körnung: 30–65 mm * Hartgestein * scharfkantig
49
Was für Mindestdicken müssen bei der Schotterbettung eingehalten werden?
``` • 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
Was macht eine optimale Bettung aus?
* möglichst hohe Bettungsdichte (optimale Widerstände -> keine Höhen- oder Richtungsfehler) * großflächige Lastverteilung auf den Unterbau * 30-40cm Bettungsdicke * 40-50cm Vorkopfschotter
51
Wie hoch ist der Schotterbedarf für ein Einzelgleis?
2.100 m3/km ≜ 3.050 t/km
52
Was passiert bei einer schlechten Bettungsqualität?
höhere dynamische Kräfte ==> Überbeanspruchung des Materials ==> kürzere Lebensdauer ==> höherer Instandhaltungsaufwand
53
Ursachen für Bettungsverschmutzung
* „normaler“ Betrieb (Absplitterung, Reibung) * Feinbestandteile nach dem Einbau * Ablagerungen aus der Luft * Ladungsrückstände * aufsteigende Feinanteile aus dem Untergrund * Vegetationsrückstände
54
Auswirkungen von Verunreinigungen im Gleisbett
* Reibung zwischen Schotterkörnern sinkt * Druckausbreitungswinkel verkleinert sich * Elastizität sinkt * Gleislage verschlechtert sich * schlechter Wasserabfluss
55
Wozu führt mangelnde Entwässerung im Schotterbett?
* Aufschwimmen * Frostsprengung * Materialvermischung (Pumpeffekt)
56
Wozu führt mangelnde Entwässerung im Unterbau?
* Aufweichen * Materialvermischung * Anheben des Planums (Kapillarwasser + Frost)
57
Was sind Lösungen um eine ordnungsgemäße Entwässerung sicherzustellen?
* Grabenentwässerung | * Tiefenentwässerung
58
Was lässt sich zum Setzungsverhalten von Schotter sagen?
``` 3 Phasen: • Sofortsetzung = Setzung infolge von Anfangsschubverformung 𝑠01 und / oder Sofortverdichtung 𝑠02 • Konsolidationssetzung 𝑠1 • Kriechsetzung 𝑠2 ```
59
Wie viel Einsenkung der Schiene wird toleriert?
* 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
Wodurch kann die Schotterbeanspruchung reduziert werden?
• 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
Was ist und was macht die Planumsschutzschicht?
* 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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