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Eisenbahnoberbau Die Erfindung bezieht sich auf einen Eisenbahnoberbau,
der aus zwei oder mehr Schienen mit Abstandhaltern und einer auf dem Untergrund
aufliegenden, mit Bitumen behandelten Tragschicht besteht.
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Bei dem bisher üblichen Eisenbahnoberbau werden die die Schienen tragenden
Schwellen in einer aus Schotter, Kies oder Schlacke bestehenden Bettungsschicht
verlegt, welche die Aufgabe hat, die Schwellen in ihrer Lage zu halten und die durch
den rollenden Verkehr hervorgerufenen statischen und dynamischen Kräfte sowie die
durch die Temperaturschwankungen verursachten statischen Kräfte abzuleiten. Außerdem
erfolgt durch die Rettungsschicht hindurch die Entwässerung des Oberbaues. Damit
die Bettungsschicht diese Aufgaben ohne eine Beeinträchtigung der Sicherheit des
rollenden Verkehrs erfüllen kann, muß sie in gewissen Zeitabständen erneuert werden,
was mit Gleisstopfmaschinen und -reinigungsmaschinen erfolgen kann. Je dichter der
Zugverkehr und je höher die durchschnittliche Zuggeschwindigkeit ist, um so häufiger
muß die Bettungsschicht erneuert werden, da die mechanische Festigkeit infolge einer
Zerstörung und Umlagerung der Schottersteine durch die auftretenden dynamischen
und statischen Kräfte herabgesetzt und damit die Gefahr einer unzureichenden Auflagerung
der Schwellen bzw. sogar einer Verschiebung des ganzen Gleises besteht.
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Es ist bekannt, die Lebensdauer der Bettungsschicht dadurch zu verlängern,
daß man an Stelle des üblichen Gesteinsmaterials einen mit Bitumen bzw. mit Bitumenemulsion
überzogenen Schotter verwendet oder das Schotterbett des fertigverlegten Gleises
mit bituminösen Bindemitteln tränkt. Auf diese mit Bitumen behandelte Tragschicht
wird in manchen Fällen eine dünne Deckschicht aus nassem Sand und Bitumenemulsion
aufgebracht, welche den Bahnkörper vor Verschmutzung schützt und gleichzeitig der
Entwässerung durch eine verbesserte seitliche Ableitung des Regenwassers dient.
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Auch -bei dieser Ausführungsart des Oberbaues lassen sich jedoch Ausbesserungs-
und Erneuerungsarbeiten nicht vermeiden. Ein solcher Schotter besteht üblicherweise
aus einem ausgesiebten Material mit der Korngröße 45 bis 65 mm. Selbst durch optimale
Verdichtung mittels Stopfen und Stampfen bleiben erfahrungsgemäß große Hohlräume
zwischen den einzelnen Schotterteilchen, die auch durch den dünnen Bitumenfilm von
etwa 2 ,ci Dicke auf der Gesteinsoberfläche nicht gefüllt werden. Da die Schotterteilchen
scharfe Ecken und Kanten aufweisen, sind sie nur punktförmig durch das Bitumen miteinander
verklebt; man spricht daher auch von einer Punkthaftung. Infolge des großen Hohlraumvolumens
bleibt der Aufbau einer solchen Schotterschicht trotz seiner Verdichtung insgesamt
noch offen. Die durch den rollenden Verkehr erzeugten dynamischen Kräfte werden
über die lose in der-Schotterschicht gelagerten Schwellen punktförmig auf das Gesteinsmaterial
übertragen und verursachen durch diese konzentrierte Wirkung eine Kornzertrümmerung
und einen hohen Abrieb. Selbst bei einer Tränkung der Oberfläche des Schotterbettes
mit Bitumen tritt infolge der Bewegung der Schwellen unter der Verkehrslast Rißbildung
ein, insbesondere in der unmittelbaren Nachbarschaft der Schwellen. Durch diese
Rißbildung und durch Wassereintritt wird die bituminöse Bindung der Schotterteilchen
zerstört, so daß die Schwellen laufend unterstopft werden müssen. Außerdem ist es
bei dieser Ausführungsform nicht möglich, die übliche Höhe der Bettungsschicht von
30 bis 40 cm zu verringern, da die Struktur der Schotterschicht durch die Vorbehandlung
der Gesteinsteilchen mit Bitumen nicht wesentlich verändert und die Tragfähigkeit
demgemäß nicht merklich erhöht wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verteilung und Ableitung
der dynamischen und statischen Kräfte in der Tragschicht derart zu verbessern, daß
praktisch kein Abrieb des Gesteinsmaterials
mehr stattfindet, und
dadurch gleichzeitig die Lebensdauer des Oberbaues zu verlängern. Insbesondere sollen
örtliche punktförmige Belastungen vermieden werden, wie sie immer bei der Verwendung
von Schwellen auftreten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verankerungs-
und Befestigungselemente für die Schienen mittels einer flächenhaften metallischen
Bewehrung, z. B. eines Metallrostes, gehalten und in eine Asphaltbetonschicht eingebettet
sind, die auf einer Asphaltschicht aufliegt.
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Mit »Asphaltbeton« wird im Rahmen der Erfindung ein gut abgestuftes,
hohlraumarmes Gemisch aus Splitt, Sand, Füller und heiß zugegebenem Bitumen nach
dem Betonprinzip verstanden, wie es in den »Vorschriften und Richtlinien für den
Bau bituminöser Fahrbahndecken (Bundesverkehrsministerium TVbit 3f56)« beschrieben
ist.
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Mit »Asphalt« wird im Rahmen der Erfindung jedes verdichtete Gemisch
von Bitumen und Mineralaggregat bezeichnet, beispielsweise Asphaltmakadam oder heißgemischter
Asphalt, wie es in den »Richtlinien für die Ausführung des Unterbaues bituminöser
Fahrbahndecken« (RUbit60) beschrieben ist.
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Die mit der Erfindung erzieltest Vorteile bestehen insbesondere darizta
daß an Stelle der vorstehend beschriebenen Schottenschicht aus einem Material mit
einer Korngröße von etwa 45 bis 65 mm mit den ,s- und Befestigungsdarin verlegten,
als Verankerung elemente für die Schienen dienenden Schwellen ein dichter-, in sich
geschlossenen, nach der Fuller-Kurve zusammengesetzter und mit Metallbewehrungen
verstärkter, schwellenloser Baukörper tritt. Die Asphaltbetonschicht, in welche
die die dynamischen und statischen Kräfte übertragenden Verankerungs- und Befestigungselemente
für die Schienen kraftschlüssig eingebettet sind, vermag infolge ihrer kornabgestuften
Struktur diese Kräfte kehr gleichmäßig, großflächig und ohne Rißbildung zu verteilen.
Weder in dieser Bettungsschicht noch in der darunter befindlichen Asphaltschicht
treten daher Kornzertrümmerungen des Mineralaggregates bzw, ein Abrieb oder Nachsetzungen
desselben auf.
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Die mechanische Festigkeit des Oberbaues wird daher selbst bei starker
Beanspruchung nicht verändert und herabgesetzt. Eine seitliche Verschiebung der
Schienen infolge hoher Zuggeschwindigkeiten ist durch die Halterung mittels der
flächenhaften metallischen Bewehrung, die ihrerseits mit der AsphaltbetonsQhicht
verbunden ist, praktisch unmög, lieh geworden. Die Dichte der Zugfolge und die Fahrgeschwindigkeiten
können so wesentlich erhöht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine
Längs- oder Querschwellen mehr benötigt werden, weil die Verankerungselemente für
die Schiene direkt in die Asphaltbetonschicht eingebettet sind. Es werden lediglich
Abstandhalter benötigt.
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Da außerdem infolge der dichten Struktur des Oberbaues kein
Sickerwasser eindringen kann, entfällt auch die Notwendigkeit einer laufenden Aus-Besserung
und Erneuerung infolge der durch Wasser herabgesetzten Tragfähigkeit des Untergrundes,
wodurch sich erhebliche Einsparungen bei den Instandhaltungskosten ergeben. Infolge
der hohen Tragfähigkeit des neuen Oberbaues kann ferner die Schichtdicke wesentlich
verringert werden, z. B. auf 15 bis 20 cm, was insbesondere bei Tunnelstrecken von
Bedeutung ist. Weiterhin ist nicht mehr das bei schlechter Ber schaffenheit des
Untergrundes auftretende und daher gefürchtete Eindringen eines schlammartigen Gemisches
aus Sickerwasser, Abrieb und erdigen Bestandteilen in die Bettungsschicht zu befürchten.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Verankerungs- und Befestigungselemente
der Schienen praktisch vollständig von der Asphaltbetonschicht umhüllt und damit
den korrodierenden Einwirkungen der Atmosphäre entzogen sind.
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Schließlich liegt ein sehr wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen
Oberbaues darin, daß Höhenkorrekturen, die z. B. infolge von Bodensenkungen erforderlich
werden können, leicht und schnell ausgeführt werden. Man braucht dazu z. B. nur
die Muttern der Verankerungsbolzen für die Schienen zu lockern und eine Ausgleichsschicht
unter die nachstehend beschriebenen Rippenplatten unterzustopfen. Der Oberbau bleibt
dabei im, übrigen unverändert. Falls es sich nur um Höherakorrekturea voll wenigen
Millimetern handelt, kann man auch Abstandplatten oder Abstandstreifen benutzen,
die z. B. unter die Rippenplatten geschoben werden. Diese Arbeiten lassen. sich
ohne Unterbrechung des Fahrbetriebes durchführen.
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Die zu denn erfindungsgemäßen Oberbau gehörige Tragschicht besteht
aus. zwei oder mehr Schichten bituminöser Gemische, die verschiedene Anteile an
Hohlräumen enthalten können, Die obere Schicht besteht daim aus dem dichten Qemischx
nämlich dem Asphaltbeton, der gewöhnlich 3 bis 5 Volumprozent Hohlräume hat. Die
untere Schicht kann von offerier Struktur sein und beispielsweise aus Asphaltmakadam
bestehen, dessen Anteil an Hohlräumen von oben riech unten zunimmt.
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Bei Bau des Eisenbahnoberbaus werden nach Fertigstellung der unteren
Schicht auf dieser die Ver ankerungselemente mit den Befestigungselementen für die
Schienen aufgebaut und anschließend der Asphaltbeton für die obere Schicht aufgebracht
und verdichtet, Die Schichten verbinden sich untrennbar miteinander, so daß die
Verankerungselemente in der fertigen Tragschicht eingebettet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Oberbau sind die Verankerungs- und Befestigungselemente
für die Schienen durch eine flächenhafte metallische Bewehrung verbunden, die ebenfalls
in der Tragschicht eingebettet ist und zu ihrer Verstärkung dient. Zweckmäßig wird
diese Bewehrung aus einer oder mehreren Schichten eines Metallmaschengitters gebildet.
Man erhält so ein zusammenhängendes Verankerungssystem, das mit der Tragschicht
eine Einheit bildet.
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Es wurde festgestellt, daß die metallische Bewehrung, insbesondere
Roste mit muhen Oberflächen, wie 7,13. Gitterroste, Roste. mit verdrillten
Stäben u. dgl., dem bituminösen Oberbau derart einverleibt ist, daß sie ein sicheres
Fundament für die Schienen abgibt.
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Diese Bewehrung übernimmt die übliche Aufgabe normaler Schwellen,
welche quer zu den. Schienen stehen, d. h., sie hält die Schienen in ihrer Lage
fest und gewährleistet den genauen Abstand, derselben voneinander. Weiterhin gibt
sie eine sehr viel bessere Stütze für die Schienen ab, als die normalen Schwellen
das tun können, da die Bewehrung sich auf die ganze Fläche des Oberbaus erstreckt.
Durch diese Art von Abstützung werden die dynamischen Kräfte
der
darüber rollenden Züge sehr viel gleichmäßiger auf den ganzen Oberbau verteilt,
wodurch dessen Stabilität und Lebensdauer sowie die zulässige Belastung erheblich
zunehmen.
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Vorzugsweise besteht die Bewehrung aus einem oder mehreren einfachen
Metallrosten, die sich über die ganze Fläche des Oberbaus erstrecken. Es ist aber
ebensogut möglich, mehrere schmalere Streifen eines Metallrostes zu verwenden, welche
in der Längs- bzw. in der Querrichtung eingebettet sind. Diese einzelnen Streifen
werden an ihren Berührungsstellen fest miteinander verbunden, z. B. durch Punktschweißung
oder durch Anklemmen.
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Vorzugsweise sind die COffnungen des Metallrostes wenigstens etwas
größer als der maximale Korndurchmesser der mineralischen Zuschlagstoffe des Asphalt-Oberbaus.
Da in der Regel Schotter bis zu einer Korngröße von 35 mm verwendet wird, zieht
man einen Rost von 40 bis 60 mm Maschenweite vor.
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In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, Metallroste mit zickzackförmig
verlaufenden Stäben an Stelle ebener Roste zu verwenden. Eine Bewehrung dieser Form,
die also in mehreren Ebenen angeordnet ist, erhöht die Steifigkeit des Oberbaus
und dessen Widerstand gegenüber Spannungen. Ein Beispiel eines solchen erfindungsgemäßen
Oberbaus ist in F i g. 1 im Querschnitt dargestellt. Mit 1 a ist die untere Schicht
aus Asphalt bezeichnet, 1 b ist die obere Asphaltbetonschicht, 2 ist der Metallrost,
3 sind die Schienen und 5 die Verankerungselemente für die Schienen. Natürlich sind
auch andere Formen der Metallroste möglich, wobei im Querschnitt U-oder V-Formen
in verschiedener Weise miteinander kombiniert sein können.
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Ebene Metallroste können dem neuen Eisenbahnoberbau während dessen
Errichtung leicht einverleibt werden. Profilierte Metallroste werden dagegen vorzugsweise
zunächst auf der unteren Schicht aus Asphalt ausgelegt, worauf die Schienen genau
ausgerichtet werden, gegebenenfalls durch Unterlegen von hölzernen Klötzen oder
Keilen. Anschließend wird der Asphaltbeton aufgebracht und verdichtet. Schließlich
werden die hölzernen Unterlagen entfernt, und die leeren Räume werden ausgefüllt.
Die Befestigung der Schienen an der eingebetteten Bewehrung wird vorzugsweise in
der folgenden Weise vorgenommen: Stahlplatten mit vier vertikalen Bolzen werden
in dem Asphalt-Oberbau gerade unterhalb der Metallroste eingebettet, wobei die Bolzen
aus der Asphaltbetonschicht durch die Roste hindurch nach oben hervorstehen. Die
oberen, mit Gewinde versehenen Enden der Bolzen gehen durch die Rippenplatten hindurch,
welche die Schienen abstützen und dieselben an Ort und Stelle halten. Um die Schienenhöhe
einzustellen, werden zusätzliche Schichten aus Asphaltbeton unter Verwendung eines
mineralischen Zuschlags von genügend feinem Korn unter die Rippenplatten eingebracht,
bevor die auf den Bolzenenden sitzenden Muttern angezogen werden. Diese Maßnahme
kann später leicht wiederholt werden, wenn während des Betriebes eine Nachstellung
notwendig werden sollte.
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In gewissen Fällen, insbesondere bei profilierten Metallrosten, kann
ein etwas anderes Bauverfahren mit Vorteil zur Anwendung gelangen. Bei dieser in
F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsform verwendet man vorgefertigte
Blöcke aus Asphaltbeton mit Metallverstärkungen, welche aus den Seiten des Blockes
hervorstehen, sowie mit eingebetteten Stahlplatten nebst Bolzen, die aus der Oberseite
des Blockes hervorstehen. Diese Blöcke werden auf die erste Schicht aus Asphalt
aufgelegt und gut ausgerichtet. Dann wird der Metallrost darauf so abgelegt, daß
die Bolzen durch denselben hindurchgehen. Schließlich wird der Asphaltbeton eingebracht
und verdichtet bzw. gestampft.