[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufarbeitung und Überprüfung
gebrauchter Betonschwellen eines Oberbaus von Schienenbahnen.
[0002] Bestandteile eines Oberbaus von Schienenbahnen sind Schienen und Schwellen, die mittels
Kleineisen zu Gleisrosten, Weichen und Kreuzungen verbunden sind. Kleineisen umfassen
hierbei insbesondere Schwellenschrauben, Federringe, Klemmplatten und Rippenplatten.
Mit Hilfe dieser Kleineisen werden Schienen und Schwellen zu einem Gleisrost verschraubt.
Als Dämpfung von Schwingungen und zur Erhöhung des Fahrkomforts wird eine Zwischenlage
aus Kunststoff oder Holz zwischen Schiene und der Auflagefläche eingefügt.
[0003] Der Oberbau selbst liegt in einer Schotterbettung, die wiederum auf einem Unterbau
aufliegt. Sämtliche Kräfte, die in die Schiene eingeleitet werden, werden durch die
Schwellen über die Schotterbettung und in den Unterbau übertragen.
[0004] Bei Schienenbahnen werden im Wesentlichen drei verschiedene Typen von Schwellen verwendet:
Betonschwellen, Holzschwellen und Stahlschwellen. Aufgrund ihrer universellen Einsetzbarkeit
sowie ihrer Robustheit gegenüber Witterungseinflüssen werden heute vor allem Betonschwellen
eingesetzt. In Betonschwellen können Schwellenschrauben jedoch nur mit Hilfe von Dübeln
eingeschraubt werden, die in die Schwelle eingebracht sind.
[0005] Durch dynamische Einwirkungen des Zugbetriebes, witterungsabhängige Einflüsse wie
Frost und Korrosion kann die Verbindung zwischen Schiene und Betonschwelle nachlassen.
Dieses kann zu unerwünschten Beeinträchtigungen des Zugbetriebes führen.
[0006] Aus dem allgemein veröffentlichten DB-Fachbuch "Arbeitsverfahren für die Instandhaltung
des Oberbaues", Eisenbahn-Fachverlag 1991, ist bekannt, dass als Maßnahme zur Reparatur
bzw. Aufarbeitung beschädigte Dübel entfernt und durch neue Dübel ersetzt werden.
[0007] Als Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass eine Aufarbeitung und Überprüfung
gebrauchter Betonschwellen folgende Arbeitsschritte umfasst:
- Sichten der Betonschwelle und visuelle Inspektion,
- Entfernen der Rippenplatte und vermessen der Tiefe der Fläche der Betonschwelle unterhalb
der Rippenplatte,
- wenn die Betonschwellen Holzdübel aufweisen, werden die Holzdübel entfernt und durch
haltbarere Kunststoffdübel ersetzt,
- wenn die Betonschwellen Kunststoffdübel aufweisen, werden die Kunststoffdübel auf
Beschädigungen überprüft und ggf. ausgetauscht.
[0008] Nachteil beider Verfahren ist jedoch, dass diese lediglich Sichtkontrollen durchführen
und die hauptsächlich beanspruchten Dübel wechseln. Eine Überprüfung der inneren Struktur
der Betonschwelle wird nicht durchgeführt.
[0009] Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung
zur Aufbereitung und Überprüfung aller wesentlichen Teile von gebrauchten Betonschwellen
bereitzustellen.
[0010] Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß
für das Verfahren durch die in Anspruch 1 sowie für die Vorrichtung durch die in Anspruch
5 angegebenen Merkmale gelöst.
[0011] Die erfindungsgemäße Prüfung und Aufarbeitung ermöglicht es in ihrer Summe, einen
Eindruck über den Zustand der Betonschwelle zu gewinnen, die in unerwarteter Weise
deutlich über die bloße Summe ihrer Einzelteile und den bisherigen Stand der Technik
hinausgeht. Bekanntlich nehmen Qualitätsanforderungen, die an Bauteile des Oberbaus,
insbesondere Betonschwellen, gestellt werden, überproportional mit dem Geschwindigkeitsbereich
zu, für den sie verwendet werden sollen. So ist die Verwendung von nach dem bisherigen
Stand der Technik wieder hergestellten Betonschwellen auf einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich
von bis zu 120 km/h beschränkt. Die erfindungsgemäße Prüfung und Aufarbeitung hingegen
ermöglicht insbesondere durch eine Überprüfung der Materialeigenschaften des Betons,
die Betonschwelle in einen solchen Zustand wieder herzustellen, dass ein Einsatz sogar
ohne jegliche Geschwindigkeitsbeschränkung ermöglicht wird.
[0012] Durch diesen erweiterten Einsatzbereich wird desweiteren auch der Anwendungsspielraum
für wiederhergestellte Betonschwellen erheblich erweitert. Durch die bisherige Einschränkung
auf einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich von bis zu 120 km/h konnten die nach dem
Stand der Technik aufgearbeiteten Betonschwellen nur auf wenigen Strecken verwendet
werden. Durch die Erweiterung auf einen Einsatz ohne jegliche Geschwindigkeitsbeschränkung
können die erfindungsgemäß geprüften und aufgearbeiteten Betonschwellen besonders
vorteilhaft auch an Strecken des Hochgeschwindigkeitsverkehrs, insbesondere bis 300
km/h, verwendet werden.
[0013] Ein wirtschaftlicher Erfolg wird zudem insbesondere dadurch erzielt, dass eine wiederhergestellte
Betonschwelle nur etwa den halben Preis einer neuen Betonschwelle kostet. Darüber
hinaus werden durch die Wiederverwendung der Betonschwellen wichtige Ressourcen geschont.
Damit leistet die Aufarbeitung von Betonschwellen und die Wiederverwendung in einem
größeren Einsatzbereich im Rahmen der Kreislaufwirtschaft einen nicht unerheblichen
Beitrag zum aktiven Umweltschutz. Durch die aufgeführten Maßnahmen wird zusätzlich
sichergestellt, dass die wiederhergestellte Betonschwelle die selben physikalischen
Eigenschaften besitzt, wie eine neuen Betonschwelle.
[0014] Ansprüche 2 bis 4 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Lösung aus Anspruch 1.
[0015] Nach Anspruch 1 wird zunächst eine visuelle Überprüfung der Betonschwelle durchgeführt,
hierbei wird nach Anspruch 2 insbesondere auf Ausbrüche, sichtbare Risse, Scharfkantigkeit
des Betonschwellenkörpers, insbesondere der Unterseite, eine Kontaminierung durch
anhaftender Schadstoffe, Schäden im Schienenauflagerbereich sowie den Zustand der
Kleineisen geachtet.
[0016] Im Anschluss daran wird die Betonschwelle insbesondere durch eine Hochdruck-Wasseranlage
gereinigt. Hierbei werden insbesondere kleinere Anhaftungen an der Betonschwelle von
dieser gelöst, die Betonschwelle von Verschmutzungen befreit sowie lose Betonteilen
abgelöst.
[0017] Im Weiteren wird eine Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von
Materialschäden des Betons mit Hilfe einer Körperschallanalyse durchgeführt
[0018] Nach Anspruch 3 wird wird für die Körperschallanalyse die Betonschwelle durch eine
Ultraschalluntersuchung auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons
überprüft. Dies geschieht insbesondere im Schienenauflagerbereich sowie im Bereich
der Kleineisen und der Rippenplatte. Treten unerwartete Reflexionen der in den Beton
eingeleiteten Ultraschallwellen auf, sind Unregelmäßigkeiten im Beton vorhanden, insbesondere
Materialschäden und/oder Querrisse. In diesen Fällen wird die Betonschwelle ausgemustert.
[0019] Desweiteren wird für die Körperschallanalyse nach Anspruch 3 ein Ausschwingversuch
an der Betonschwelle durchgeführt, indem die Betonschwelle mit mindestens einer Frequenz
zu einer Schwingung angeregt und die Nachhallzeit dieser Schwingung ermittelt wird.
Dabei wird die Betonschwelle durch einen Massestoß oder einen Schwingungserreger,
insbesondere einen Shaker, kurzfristig zu Schwingen angeregt. Aus einem ermittelten
Abklingverhalten, der sog. Nachhallzeit, der Schwingungen sowie den ermittelten Eigenfrequenzen
der Betonschwelle lassen sich direkte Schlüsse auf evtl. in der Betonschwelle vorhandene
Längsrisse ziehen. Werden Abweichungen von einem erwarteten Abklinverhalten sowie
von erwarteten Eigenfrequenzen ermittelt, wird die Betonschwelle ausgemustert.
[0020] Zusätzlich wird für die Körperschallanalyse nach Anspruch 3 eine mechanische Impedanz
der Betonschwelle ermittelt. Hierfür wird die Betonschwelle mit mindestens einer Frequenz
zu einer Schwingung angeregt, eine Kraft der Anregung und eine Schwinggeschwindigkeit
der Betonschwelle ermittelt. Das Verhältnis aus der Kraft der Anregung und der Schwinggeschwindigkeit
ergibt die mechanische Impedanz der Betonschwelle. Werden Abweichungen von einem erwarteten
Verlauf der mechanischen Impedanz der Betonschwelle ermittelt, wird die Betonschwelle
ausgemustert.
[0021] Daraufhin wird durch einen Biegeversuch die Elastizität der Betonschwelle ermittelt.
Hierbei wird die Betonschwelle insbesondere an ihren Enden aufgelagert und auf ihrer
Oberseite im Bereich ihrer Mitte mit einer Biegekraft beaufschlagt. Die durch die
Biegekraft hervorgerufene Durchbiegung der Betonschwelle wird gemessen und mit einem
vorgegebenen Grenzwert verglichen. Überschreitet die gemessene Durchbiegung den Grenzwert,
wird die Betonschwelle ausgemustert.
[0022] Die Schwellenschrauben werden insbesondere mit einer Schraubmaschine entfernt sowie
ggf. Dübel ausgedreht.
[0023] Eine Absenkung des Schienenauflagerbereich wird gemessen und mit der einer fabrikneuen
Betonschwelle verglichen. Hierbei muss sich der gleiche Messwert wie bei der fabrikneuen
Betonschwelle ergeben.
[0024] Die Kleineisen werden mit einer Schraubmaschine gewechselt sowie ggf. Dübel wieder
eindreht. Die Schwellenschrauben werden aufgesetzt, angezogen und mit einem einer
fabrikneuen Betonschwelle entsprechenden Drehmoment verspannt.
[0025] Mit einem Ausziehversuch der zuvor verspannten Schwellenschraube wird die Qualität
der Verankerung der Schwellenschraube bzw. des Dübels in der Betonschwelle überprüft.
Hierbei wird die Betonschwelle fest eingespannt, so dass sie nicht angehoben werden
kann. Eine Klammer umgreift die Schwellenschraube und zieht sie mit einer bestimmten
Kraft entgegengesetzt zu ihrer Einschraubrichtung. Während des Ausziehversuches muss
die Schwellenschraube im Dübel sowie der Dübel fest mit dem Betonkörper verankert
bleiben.
[0026] Abschließend wird die Betonschwelle zum Nachweis und zur Dokumentation der überprüften
Qualität gekennzeichnet. Hierbei wird auf der Betonschwelle insbesondere ein Prüfsiegel
und ein dauerhafter Barcode angebracht.
[0027] Die oben genannte Reihenfolge der Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht zwingend festgelegt. Selbstverständlich
kann - bis auf die abschließende Dokumentation - jede beliebige andere Reihenfolge
entsprechend organisatorischer und/oder betrieblicher Vorgaben gewählt werden. Hierdurch
wird eine größt mögliche Anpassbarkeit und Variabilität des Verfahrens bzw. der Vorrichtung
gewährleistet.
[0028] Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand
eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit drei Figuren näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- Fig. 1
- schematisch eine Betonschwelle mit Dübeln und Schwellenschrauben, bei der an einer
Schwellenschraube ein Ausziehversuch durchgeführt wird,
- Fig. 2
- schematisch eine Betonschwelle deren Elastizität durch einen Biegeversuch überprüft
wird,
- Fig. 3
- schematisch eine Betonschwelle deren Absenkung des Schienenauflagerbereiches gemessen
wird.
[0029] Bei dem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird zunächst eine visuelle Überprüfung
der Betonschwelle 1 aus
Fig. 1 durchgeführt, wobei insbesondere auf Ausbrüche, sichtbare Risse, Scharfkantigkeit
des Betonschwellenkörpers, insbesondere der Unterseite, eine Kontaminierung durch
anhaftender Schadstoffe, Schäden im Schienenauflagerbereich sowie den Zustand der
Kleineisen geachtet wird.
[0030] Im Anschluss daran wird die Betonschwelle 1 insbesondere mit einer Hochdruck-Wasseranlage
gereinigt. Hierbei werden insbesondere kleinere Anhaftungen an der Betonschwelle gelöst,
die Betonschwelle 1 von Verschmutzungen befreit sowie lose Betonteilen abgelöst.
[0031] Im Weiteren wird die Betonschwelle 1 durch eine Körperschalluntersuchung auf eventuelles
Vorhandensein von Materialschäden des Betons überprüft.
[0032] Dies geschieht insbesondere durch eine Ultraschalluntersuchung in einem Schienenauflagerbereich
11 aus
Fig. 3 sowie im Bereich der Kleineisen und der Rippenplatte. Treten unerwartete Reflexionen
der in den Beton eingeleiteten Ultraschallwellen auf, sind Unregelmäßigkeiten im Beton
vorhanden, insbesondere Materialschäden und/oder Querrisse. In diesen Fällen wird
die Betonschwelle 1 ausgemustert.
[0033] Desweiteren wird für die Körperschallanalyse ein Ausschwingversuch an der Betonschwelle
1 durchgeführt, indem die Betonschwelle 1 mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung
angeregt und die Nachhallzeit dieser Schwingung ermittelt wird. Dabei wird die Betonschwelle
1 durch einen Massestoß oder einen Schwingungserreger, insbesondere einen Shaker,
kurzfristig zu Schwingen angeregt. Aus einem ermittelten Abklingverhalten, der sog.
Nachhallzeit, der Schwingungen sowie den ermittelten Eigenfrequenzen der Betonschwelle
1 lassen sich direkte Schlüsse auf evtl. in der Betonschwelle 1 vorhandene Längsrisse
ziehen. Werden Abweichungen von einem erwarteten Abklinverhalten sowie von erwarteten
Eigenfrequenzen ermittelt, wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
[0034] Zusätzlich wird für die Körperschallanalyse eine mechanische Impedanz der Betonschwelle
1 ermittelt. Hierfür wird die Betonschwelle 1 mit mindestens einer Frequenz zu einer
Schwingung angeregt, eine Kraft der Anregung und eine Schwinggeschwindigkeit der Betonschwelle
1 ermittelt. Das Verhältnis aus der Kraft der Anregung und der Schwinggeschwindigkeit
ergibt die mechanische Impedanz der Betonschwelle 1. Werden Abweichungen von einem
erwarteten Verlauf der mechanischen Impedanz der Betonschwelle 1 ermittelt, wird die
Betonschwelle ausgemustert.
[0035] Daraufhin wird, wie in
Fig. 2 dargestellt, durch einen Biegeversuch die Elastizität der Betonschwelle 1 ermittelt.
Hierbei wird die Betonschwelle 1 insbesondere im Bereich ihrer Enden auf Auflager
7 gesetzt und auf ihrer Oberseite im Bereich ihrer Mitte mit einer Biegekraft 8 beaufschlagt.
Die durch die Biegekraft 8 hervorgerufene Biegelinie 10 mit der Durchbiegung 9 der
Betonschwelle 1 wird gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Überschreitet
die Durchbiegung 9 den Grenzwert, wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
[0036] Die Schwellenschrauben 2 werden insbesondere mit einer Schraubmaschine entfernt sowie
ggf. alle Dübel 3 herausgedreht.
[0037] Eine Tiefe 12 des Schienenauflagerbereiches 11 wird, wie in
Fig. 3 dargestellt, gemessen und mit der entsprechenden Tiefe einer fabrikneuen Betonschwelle
verglichen. Hierbei muss sich der gleiche Messwert wie bei einer fabrikneuen Betonschwelle
ergeben. Ergibt die Messung, dass der Schienenauflagerbereich 11 aufgrund der bisherigen
Belastungen der Betonschwelle 1 durch den Schienenverkehr abgesenkt oder unzulässig
verformt ist, wird die Betonschwelle 1 ausgemustert.
[0038] Alle Kleineisen werden mit der Schraubmaschine gewechselt sowie ggf. die Dübel 3
wieder eindreht. Die Schwellenschrauben 2 werden aufgesetzt, angezogen und mit einem
einer fabrikneuen Betonschwelle entsprechenden Drehmoment verspannt.
[0039] Mit einem Ausziehversuch der zuvor verspannten Schwellenschraube 2 wird, wie in
Fig. 1 dargestellt, die Qualität der Verankerung der Schwellenschraube 2 bzw. des Dübels
3 in der Betonschwelle 1 überprüft. Hierbei wird die Betonschwelle 1 insbesondere
an den Bereichen 5 gegen Anheben gesichert. Eine Klammer 4 umgreift den Kopf der Schwellenschraube
2 und zieht sie mit einer bestimmten Ausziehkraft 6 entgegengesetzt ihrer Einschraubrichtung.
Während des Ausziehversuches muss die Schwellenschraube 2 fest im Dübel 3 sowie der
Dübel 3 fest mit dem Betonkörper der Betonschwelle 1 verankert sein.
[0040] Abschließend wird die Betonschwelle 1 zum Nachweis und zur Dokumentation der überprüften
Qualität gekennzeichnet. Hierbei wird auf der Betonschwelle 1 insbesondere ein Prüfsiegel
und ein dauerhafter Barcode angebracht.
Bezugszeichenliste
[0041]
- 1
- Betonschwelle
- 2
- Schwellenschraube
- 3
- Dübel
- 4
- Greifer
- 5
- Abstützung
- 6
- Ausziehkraft
- 7
- Auflager
- 8
- Biegekraft
- 9
- Durchbiegung
- 10
- Biegelinie
- 11
- Schienenauflagerbereich
- 12
- Tiefe des Schienenauflagerbereiches 9
1. Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen eines Oberbaus
von Schienenbahnen,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine visuelle Prüfung der Betonschwelle durchgeführt wird
- die Betonschwelle gereinigt wird,
- eine Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden
des Betons mit Hilfe einer Körperschallanalyse durchgeführt wird,
- eine Elastizität der Betonschwelle durch einen Biegeversuch überprüft wird,
- Schwellenschrauben entfernt werden,
- eine Absenkung des Schienenauflagerbereich gemessen und mit dem Maß einer fabrikneuen
Betonschwelle verglichen wird,
- Kleineisen sowie ggf. Dübel gewechselt, Schwellenschrauben eingesetzt, Schwellenschrauben
angezogen und mit einem Drehmoment verspannt werden,
- ein Ausziehversuch an der zuvor verspannten Schwellenschraube durchgeführt wird,
- abschließend die Betonschwelle gekennzeichnet wird
und im Fall von Unregelmäßigkeiten und/oder Abweichungen von Vergleichsmaßen von
einer fabrikneuen Betonschwelle die Betonschwelle ausgemustert wird.
2. Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der visuellen Prüfung auf Ausbrüche, sichtbare Risse, Scharfkantigkeit des Betonschwellenkörpers
an der Unterseite, Kontaminierungen durch anhaftender Schadstoffe, den Zustand des
Schienenauflagerbereiches sowie den Zustand des Kleineisen der Betonschwelle geachtet
wird.
3. Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach mindestens
einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des
Betons mit Hilfe der Körperschallanalyse durch
- eine Ultraschalluntersuchung der Betonschwelle durchgeführt wird und im wesentlichen
der Bereich der Schienenauflager und/oder der Bereich der Auflagerung der Schiene
sowie der Kleineisen und der Rippenplatte untersucht wird und/oder
- ein Ausschwingversuch an der Betonschwelle durchgeführt wird, indem die Betonschwelle
mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt und die Nachhallzeit dieser
Schwingung ermittelt wird und/oder
- eine mechanische Impedanz der Betonschwelle ermittelt wird, indem die Betonschwelle
mit mindestens einer Frequenz zu einer Schwingung angeregt, eine Kraft der Anregung
und eine Schwinggeschwindigkeit der Betonschwelle ermittelt wird.
4. Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach mindestens
einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass für das Prüfen der Elastizität der Betonschwelle durch einen Biegeversuch
- die Betonschwelle im Bereich ihrer Enden aufgelagert wird,
- auf der Oberseite der Betonschwelle im Bereich der Mitte der Betonschwelle eine
Biegekraft aufgebracht wird,
- eine Durchbiegung der Betonschwelle bestimmt wird, die durch die Biegekraft hervorgerufen
wird,
- eine Aussage über die Elastizität der Betonschwelle anhand eines Vergleiches der
ermittelten Durchbiegung mit einem vorgegebenen Grenzwert für die Durchbiegung getroffen
wird.
5. Verfahren zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter Betonschwellen nach mindestens
einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass für den Ausziehversuch der zuvor verspannten Schwellenschraube
- die Betonschwelle gegen Hochziehen abgestützt wird,
- eine Schwellenschraube mit einem Greifer umklammert wird
- die Schwellenschraube von dem Greifer mit einer bestimmten Kraft nach oben gezogen
wird,
- die Schwellenschraube bzw. der Dübel auf eine feste Verankerung in der Betonschwelle
überprüft wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Aufarbeitung und Überprüfung gebrauchter
Betonschwellen eines Oberbaus von Schienenbahnen nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
- die Betonschwelle auf optisch erkennbare Schäden prüft,
- die Betonschwelle reinigt,
- die Betonschwelle auf eventuelles Vorhandensein von Materialschäden des Betons mit
Hilfe einer Körperschallanalyse prüft,
- eine Elastizität der Betonschwelle durch einen Biegeversuch überprüft,
- Schwellenschrauben entfernt,
- eine Absenkung des Schienenauflagerbereich misst und mit dem Maß einer fabrikneuen
Betonschwelle vergleicht,
- Kleineisen sowie ggf. Dübel gewechselt, Schwellenschrauben einsetzt, Schwellenschrauben
anzieht und mit einem Drehmoment verspannt,
- ein Ausziehversuch an der zuvor verspannten Schwellenschraube durchführt,
- abschließend die Betonschwelle kennzeichnet
und im Fall von Unregelmäßigkeiten und/oder Abweichungen von Vergleichsmaßen von
einer fabrikneuen Betonschwelle die Betonschwelle ausmustert.