Autor: Steve Cox Fastening Systems Technical Director bei Pandrol

Innovation bei Hochgeschwindigkeits-Grundplatten und Robotermontage 

Problemlösung, die das Mögliche verändert

Der Betrieb von Hochgeschwindigkeitszügen erfordert genaue Ausrichtung der Gleise. Wo die Möglichkeit erheblicher Setzungen nach dem Bau besteht oder wo seismische Aktivitäten wahrscheinlich sind, werden besonders hohe Anforderungen an die Reichweite und Genauigkeit der vertikalen und lateralen Justierung der Schienen gestellt. Wenn es sich bei der Schiene um eine schotterlose Schienenform handelt, müssen normalerweise alle diese Anpassungen im Befestigungssystem vorgesehen werden. Angesichts der kurzen Zeiträume, die für die Wartung zur Verfügung stehen, sind Genauigkeit, Leichtigkeit und Schnelligkeit, mit der diese Anpassungen vorgenommen werden können, Schlüsseleigenschaften des Befestigungssystems.

Pandrol hat seine Konstruktions- und Entwicklungsfähigkeiten eingesetzt, um die Zeit für Anpassungen, die Anzahl der auszutauschenden Teile und die Komplexität dieses wichtigen Wartungsvorgangs zu reduzieren.

Die Fastclip-Grundplatte von Pandrol eignet sich gut für hohe Geschwindigkeiten. Anpassung ist eine grundlegende Voraussetzung, und es gibt mehrere Aspekte. Wichtig sind der Bereich, in dem Einstellungen sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung vorgenommen werden können, die Genauigkeit, mit der dies möglich ist, die Leichtigkeit und Schnelligkeit der Einstellung sowie die Anzahl und Komplexität etwaiger zusätzlicher oder austauschbarer Teile.

Bei gebogenen Gleisen, die aus kurzen geraden Platten bestehen, kann eine Justierung erforderlich sein, da die Position der Befestigungen eindeutig versetzt sein muss, um gerade Ausrichtung zu erreichen. Dies gilt insbesondere für die seitliche Position der Grundplatte und wird umso problematischer, je enger die Kurve verläuft. Die Befestigungen müssen sehr genau positioniert werden, um die engen Toleranzen der Spurweite zu erreichen, die auf Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlich sind.

Die Grundplatte von Pandrol kann über den seitlichen Bereich von +/-12 mm stufenlos verstellt werden. Sie kann festgezogen und genau an der gewünschten Stelle fest in Position gehalten werden. Die Grundplatten können auch leicht in Bezug auf die Plattenachse geschwenkt werden, so dass jede Grundplatte genau auf die Mitte der Kurve ausgerichtet ist, die die jeweilige Platte, an der sie befestigt ist, bilden wird. Dies bedeutet, dass jede Platte mit jeder anderen Platte identisch sein kann und jede Befestigung im Verhältnis zu jeder anderen Befestigung auf der ursprünglichen Gleiskonstruktion identisch konfiguriert ist. Nur die genaue Position der Grundplatten, die auf einer Platte angebracht sind, unterscheidet sie von anderen Platten im Gleis. Daher sind „Ersatz“-Platten, die für Reparaturen benötigt werden, universell einsetzbar und müssen nicht zweckgebunden mit den damit verbundenen Schwierigkeiten und Vorlaufzeiten konstruiert werden. Es sind auch keine maßgeschneiderten Befestigungskonfigurationen erforderlich, um exakte Spurausrichtung zu erreichen.

Flexibilität durch größtmögliche Anpassungsfähigkeit

„Die Grundplatte von Pandrol kann über ihren seitlichen Bereich von +/-12 mm stufenlos verstellt werden“.

Die Notwendigkeit der Anpassung

Hochgeschwindigkeitsstrecken, die in Erdbebengebieten wie Japan und Taiwan gebaut werden, haben in der Vergangenheit zu einem relativ hohen Bedarf an vertikaler Justierung, typischerweise +50 mm, geführt, und die Anforderungen an HS2 in London sind mit +70 mm noch höher. Der Unterschied mag nicht groß erscheinen, aber das Kippmoment, das auf die Befestigung wirkt, ist größer, und alle Betonaufkantungen, die zur Reaktion auf seitliche Lasten vorgesehen sind, sind weiter von der obersten Ebene der Vorspannung oder Bewehrung in der Bodenplatte entfernt. Pandrol hat die neue Anforderung an die maximale Höhenverstellung sehr gründlich gegen die entsprechende europäische CEN-Anforderung getestet und dabei 3 Millionen Lastzyklen mit einem Block durchgeführt, der so konfiguriert war, dass wir benachbarte Baugruppen bei Einbauhöhen von 0 mm und +70 mm testen konnten.

Bei Platten mit Schienensitzen ändert sich mit der Höhenverstellung auch die seitliche Position der Spurweite der Schiene. Um eine enge Kontrolle über die Spurweite aufrechtzuerhalten, können vertikale Justierungen bedeuten, dass die Komponenten, die die seitliche Ausrichtung bestimmen, ausgetauscht werden müssen, es sei denn, dass wie bei der Pandrol-Grundplatte die Position der Grundplatte selbst einfach justiert werden kann. Eine Höhenverstellung von +70 mm bei einer Schienenneigung von 1:20 wie beim HS2 führt zu einer Spurweitenänderung von 7 mm, die viel größer ist als die Änderung von 2,5 mm, die sich aus einer maximalen Höhenverstellung von +50 mm bei einer Schienenneigung von 1:40 ergibt, wie z. B. in China.

Schnelligkeit beim Bau und bei der Wartung sind wichtig, und das Fastclip-Grundplattensystem von Pandrol ermöglicht den Einsatz von Maschinen zum Wechseln der Klammern zwischen der Park- und der Installationsposition, um Schienenaustausch und das Entspannen zu ermöglichen. Die Raten, mit denen die Klammern angebracht und entnommen werden können, sind im Vereinigten Königreich außergewöhnlich hoch und gut bekannt.  Zugmontierte optische Gleisinspektionssysteme, mit denen die Positionen und die Sicherheit von nicht mit Gewinden versehenen Fastclip-Systemen verifiziert werden können, sind leicht erhältlich und können bei relativ hohen Geschwindigkeiten, typischerweise bis zu 160 km/h, betrieben werden. Neben der Schnelligkeit tragen diese Wartungs- und Inspektionssysteme auch dazu bei, die Arbeitskräfte von der Strecke fernzuhalten und die Sicherheit zu erhöhen.

Die globale Steifigkeit des Gleises steuert mehrere Aspekte des Verhaltens des Fahrzeug-Gleis-Systems. Die meisten Gleisbefestigungen, die auf Hochgeschwindigkeitsstrecken verwendet werden, bestehen jedoch aus mindestens einer Grundplatte oder Stahlplatte, so dass im Prinzip mindestens zwei elastische Schichten eingeführt werden können, eine unterhalb und eine oberhalb der Platte. Selbst bei einer vorgegebenen und spezifizierten globalen Steifigkeit der gesamten Befestigung kann die Wahl der Steifigkeit dieser beiden Einzelelemente das dynamische Gesamtverhalten beeinflussen.

Dies wiederum kann den Luftschallpegel an der Strecke sowie das mechanische Verhalten des Systems als Reaktion auf die auf das System einwirkenden Belastungen, Schienenrollen, dynamische Spurverbreiterung usw., beeinflussen. Dies ist ein komplexer Bereich, in dem Pandrol großes Wissen hat. Um jedoch zu bestätigen, dass seine Konstruktionen die bestmögliche Minderung des Luftschalls innerhalb der gegebenen Einschränkungen bieten, arbeitet Pandrol eng mit der Institution of Sound and Vibration Research (ISVR) in Southampton zusammen, um verschiedene detaillierte Konstruktionsoptionen zu testen.

Robotische Zukunft

Die Kombination von Universalplatten mit Universalbefestigungen ist ein attraktiver Vorschlag, aber nicht neu. Neu und innovativ ist jedoch die von Pandrol vorgeschlagene Art und Weise, wie die Grundplatten an die Platten angepasst werden. Roboter werden eingesetzt, um Grundplatten zu greifen und sie in genau den erforderlichen Positionen und Ausrichtungen zu platzieren, und damit das Know-how zu übertragen, das das Unternehmen durch den Einsatz in seinen Produktionslinien zur Klammerherstellung aufgebaut hat. 

Die Kombinationen der Grundplattenpositionen auf einer bestimmten Platte können auf Knopfdruck ausgewählt werden. Scannen unterstützt und bestätigt die Positionierung der Grundplatte und die Konfiguration jeder Platte (und welches Ende welches ist!) wird in einem RFID-Tag kodiert, das an der Platte angebracht wird, bevor sie das Werk verlässt, so dass die Kurve oder der Übergang, an dem sie installiert werden soll, jederzeit abgerufen werden kann. Diese Roboterinstallation erhöht die Zuverlässigkeit und Qualität der Installation, von der die letztendliche Qualität der Gleisausrichtung abhängt. Sie erhöht auch die Produktionsraten und verringert die Risiken von Verzögerungen oder Unterbrechungen.

Die robotergestützte Installation von Grundplatten wird dadurch erheblich erleichtert, dass die Pandrol-Grundplatte weitgehend vormontiert werden kann, bevor sie in der Fabrik auf der Platte installiert wird. Das ist auch ein Vorteil, wenn es um den zweiten Bereich geht, in dem eine Anpassung unerlässlich ist. Damit soll das Gleis über die gesamte Betriebsdauer aufrechterhalten werden.

Eine beschädigte Grundplatte könnte als in sich geschlossene Einheit ersetzt werden. Es ist nicht notwendig, die Befestigung auf der Schiene zu demontieren und dann zu wissen, wie sie wieder korrekt montiert wird. Seitliche Anpassungen sind besonders vorteilhaft. Die Grundplatte muss nur gelöst, in die richtige Position gebracht und wieder festgezogen werden. Es werden keine zusätzlichen Austauschteile benötigt und die Befestigung muss nicht demontiert werden. Auch vertikale Anpassungen sind einfach.

Die Grundplatten werden gelöst, eventuell erforderliche zusätzliche Unterlegpassstücke werden eingeschoben und die Grundplatte wird wieder festgezogen. Die Unterlegstücke für die Höheneinstellung selbst sind eine sehr einfache, ebene Konstruktion, die sich leicht herstellen lässt, egal welche genauen Dicken erforderlich sind. Es besteht keine Gefahr, dass Unterlegscheiben unterschiedlicher Dicke in der falschen Reihenfolge montiert werden.