Fachhochschule St. Pölten, Studiengang Bahntechnologie und Management von Bahnsystemen, Masterarbeit 2019

Die Umsetzung der gesellschaftlichen Forderung zum Ausbau des öffentlichen Verkehrs, sowie die Transportverlagerung von der Straße auf die Schiene hat negative Auswirkungen auf die Eisenbahninfrastruktur. Mit zunehmender Geschwindigkeit und steigenden Achslasten ist der Oberbau einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt, was in weiterer Folge zu einer Verschlechterung der Gleislage führt. Die dynamischen Kräfte werden von den Schienen über die Schwellen in das Schotterbett und weiter in den Untergrund eingeleitet. Der Schotter ist in diesem System das schwächste Glied und wird mit zunehmender Belastung zerstört. Dieser Vorgang wird speziell im Stoßlückengleis beschleunigt, da zusätzliche Kräfte in vertikaler Richtung wirken. Diese Tatsachen veranlassen eine Bahnverwaltung dazu, Schienen durchgängig zu verschweißen. Die Herstellung eines lückenlosen Gleis ist jedoch, auf Grund der temperaturbedingten Horizontalkräfte, nicht uneingeschränkt möglich. Um diese Kräfte in einer technisch beherrschbaren Größe zu halten, sind vor allem bei engen Bögen Zusatzmaßnahmen, wie z.B. der Einbau von Sicherungskappen oder die Verwendung von besohlten Schwellen, erforderlich. Schwellenbesohlungen sind eine Weiterentwicklung des Schotteroberbaus, welche in erster Linie zur Schotterschonung verwendet werden. Diese Werkstoffe ermöglichen unter der Radlast des Zuges eine größere Schieneneinsenkung und führen auf Grund dessen zu einer Verlängerung der Biegelinie der Schienen, was wiederum eine gleichmäßige Lastverteilung auf mehrere Schwellen bedeutet. Durch die verlängerte Biegelinie wird die Stützpunktkraft und somit die Schotterpressung unter der Schwelle reduziert. Damit bleibt die Gleislagequalität länger erhalten, was die Notwendigkeit von Hebe- und Richtarbeiten verringert. Die Besohlung ermöglicht eine Einbettung der Gesteinskörner und stabilisiert die oberste Lage des Schotters, womit nicht nur die Kontaktfläche, sondern auch der Querverschiebewiderstand erhöht wird. Auf dem Markt werden verschiedene Besohlungen von unterschiedlichen Herstellern angeboten, welche an die jeweiligen Anforderungen des Gleises angepasst sind. Diese reichen von der Schotterschonung im Schwerlast, sowie im Hochgeschwindigkeitsverkehr bis hin zum Erschütterungsschutz im urbanen Bereich. Um diese Anforderungen zu erfüllen kommen Besohlungen aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Steifigkeiten zu Anwendung. In dieser Arbeit sollen Besohlungen mit Hilfe von Laborversuchen hinsichtlich des Querverschiebewiderstandes untersucht werden, dabei ist festzustellen ob ein Zusammenhang zwischen dem Querverschiebewiderstand und der Kontaktfläche besteht. Zur Plausibilisierung der Messergebnisse werden bestehende Versuche am Streckengleis von der Universität Innsbruck herangezogen.

The implementation of the societal demand for the expansion of public transport, especially shifting freight shipments frfrom road to rail, has negative effects on the railway infrastructure. With increasing speed and axle loads, the track superstructure is exposed to increased tension, which in turn leads to a deterioration of the track position. The dynamic forces get transferred from the rails via the sleepers into the track ballast and further into the subgrade. The ballast is the weakest link in this system and get s destroyed with increasing burden. In this case, especially the jointed rail track is more vulnerable, as additional forces act in vertical direction. These facts must cause a railway administration to weld the rails continuously. However, due to the temperature-related horizontal forces, it is not possible to produce a continuous track without any restrictions. In order to keep these forces at a technically controllable level, additional measures, such as the installation of sleeper ankers or the use of under sleeper pads (USP), are required, especially for narrow bends. Under Sleeper pads, which are a further development of ballasted superstructure, are primarily used to protect the track ballast. Because of the trains axle load, these materials allow a greater rail subsidence and therefore lead to an extension of the bending line of the rails, which in turn means an even load distribution over several sleepers. The extended bending line reduces the supporting point force and thus the ballast pressure under the sleeper reduces as well. That means that the quality of the track position is maintained longer, what reduces the need of tamping. The USP enables the embedding of the aggregates and stabilizes the uppermost layer of the ballast, whereby not only the contact surface increases. It also produces a larger resistance to transverse displacement. There are various products from different manufacturers on the market, which are adapted to the respective requirements of the track. These range from ballast protection in heavy loads and high-speed traffic to vibration protection in urban areas. In order to meet these requirements, USP made of different materials with different stiffnesses are used. In this thesis, under sleeper pads are to be examined with the help of laboratory tests with regard to the resistance to transverse displacement, in order to determine whether there is a connection between the resistance to transverse displacement and the contact surface. To check the plausibility of the measurement results, existing on site tests on the track from the University of Innsbruck will be used.