Zukunftssichere Schottergleise: Das Gemeinsame Schnittstelle System von Pandrol

Einführung

Es ist allgemein anerkannt, dass der sehr geringe Wartungsaufwand und die lange Lebensdauer wesentliche Vorteile von schotterlosen Gleisen (NBT) gegenüber herkömmlichen Schottergleisen sind. NBT-Gleise haben zwar höhere Anschaffungskosten als Schottergleise und ihr Bau ist zeitaufwendig, doch sobald sie einmal verlegt sind, bieten sie ein stabiles Gleissystem, das auch ein Jahrhundert später noch genutzt werden könnte. Theoretisch…

In der Praxis bringt die Steifigkeit von NBT eine Reihe eigener Probleme mit sich, insbesondere in städtischen Gebieten. Sobald der Beton einmal installiert ist, ist es sehr kostspielig, die Gleisgeometrie anzupassen oder zu korrigieren.

Wenn neue Wohnsiedlungen entlang eines aus NBT bestehenden Schienennetzes entstehen, beschweren sich die Anwohner häufig über Probleme mit Lärm und Vibrationen. Dies führt dazu, dass die vorgeschriebenen Leistungsanforderungen verschärft werden müssen – und schon hat man ein Problem. Ohne die Flexibilität, sich an die neuen Anforderungen zur Lärm- und Schwingungsminderung anzupassen, muss die gesamte Strecke umgebaut oder abgetragen und von Grund auf neu errichtet werden.

Nun kann Pandrol erstmals eine innovative Lösung anbieten, um NBT zukunftssicher zu machen. Die Gemeinsame Schnittstelle gibt den Betreibern von Infrastrukturen auf der Schiene die Gewissheit, dass sie NBT nach der Installation schnell und kostengünstig an künftige Änderungen der Leistungsanforderungen anpassen können.

Was ist die Gemeinsame Schnittstelle?

Derzeit verfügen die für NBT verwendeten Betonelemente über Schnittstellen, die auf bestimmte Befestigungssysteme und Verankerungen ausgerichtet sind. Das „Gemeinsame Schnittstellen-System“ (CIS) von Pandrol bietet, wie der Name schon sagt, einen gemeinsamen Anschlusspunkt für eine Reihe verschiedener Befestigungsbaugruppen, die zur Optimierung der Gleisleistung problemlos ausgetauscht werden können. Wenn sich die Anforderungen an die Lärm- und Schwingungsminderung ändern, muss nicht die gesamte Gleisanlage umgebaut oder ersetzt werden, sondern es reicht aus, das Befestigungssystem auszutauschen, um das erforderliche Leistungsniveau zu erreichen.

Das System mit gemeinsamer Schnittstelle besteht aus zwei technischen Kunststoffplatten mit Haltevorrichtungen, wie abgebildet. Unter den Platten befinden sich verstärkte Kunststoffdübel, die die Installation von Befestigungsschrauben ermöglichen.

Das System der Gemeinsamen Schnittstelle ist mit allen wichtigen Befestigungssystemen von Pandrol kompatibel, sowohl mit Schraubbefestigung als auch ohne Schraubbefestigung.

Grundkonfiguration

Stellen Sie sich vor, eine neue U-Bahn-Station wird in einem Nicht-Wohngebiet der Stadt gebaut, in dem nur wenige Menschen leben und arbeiten. Da die Anforderungen an die Lärm- und Schwingungsminderung gering sind, kann das System der Gemeinsamen Schnittstelle mit einer einfachen Befestigungslösung mittlerer Belastbarkeit ausgestattet werden, wie beispielsweise Fastclip FCA.

Die Fastclip-SGI-Schultern werden in die Kunststoff-Konstruktionsplatten eingesetzt und mit Ankerschrauben befestigt. Anschließend wird an der Vorderseite jeder Schulter ein Kunststoffisolator angebracht, und die Fastclips mit integrierten Spitzisolatoren werden in einer Parkposition montiert. Eine elastische Zwischenlage wird in den Schienensitzbereich eingelegt, bevor die Schiene eingefädelt und die Fastclips in ihre Einbaulage geschoben werden. Das Pandrol-FCA-System ermöglicht mit der Standard-Schulter eine Vertikale Justierung von bis zu 10 mm durch das Einlegen von Unterlegscheiben unter die Zwischenlage und die Schulter. Eine weitere Justierung bis zu 20 mm ist unter Verwendung einer zweiten, höheren Schulter möglich.

Die auf die Schiene wirkende Last wird über die Schulterstücke übertragen und in den Beton abgeleitet. Die Steifigkeit des Systems ist in der Standardkonfiguration auf 40 kN/mm begrenzt, um sicherzustellen, dass keine nachteiligen Auswirkungen auf die dynamische Spurweite durch übermäßiges Abrollen der Schiene entstehen. Obwohl die Zwischenlage zur Verringerung von Schwingungen beiträgt, die durch Unebenheiten sowohl an der Radoberfläche als auch am Schienenkopf verursacht werden, lassen die Elastizitätsgrenzen einer einzelnen Zwischenlage dennoch die Übertragung einiger bodengetragener Schwingungen auf umgebende Strukturen zu.

Zwischenkonfiguration

Was passiert also in zehn Jahren, wenn rund um den Bahnhof neue Wohnsiedlungen, Bürogebäude und eine Schule entstehen und die Anwohner sich über Lärm und Vibrationen beschweren?

Anstatt kostspielige Änderungen am NBT vornehmen zu müssen, kann das FCA-System einfach aus der Gemeinsamen Schnittstelle entfernt und durch eine andere, robustere Komponentengruppe ersetzt werden, wie unten dargestellt.

Obwohl dies dem FCA-System ähnelt, sind die beiden gußeisernen Schultern nun Teil einer verbundenen Grundplatte, die auf einer hoch elastischen Grundplattenunterlage aufliegt. Zur Befestigung des Systems an der Gemeinsamen Schnittstelle werden zwei Gusseisenklemmen mit Nylonbuchsen verwendet. Die Grundplatten können sich vertikal um die Nylonbuchse herum bewegen, während sich das elastische Polster unter Last zusammenpresst. Dies schützt die Klemmen vor übermäßiger Durchbiegung und stellt vor allem sicher, dass die Schienenrollgrenzen nicht überschritten werden.

Diese Stabilität bedeutet, dass ein höheres Maß an Elastizität sicher genutzt werden kann, um einen besseren Schutz vor bodengeleiteten Schwingungen und damit verbundenen sekundären Lärmproblemen zu bieten. Je elastischer das Befestigungssystem ist, desto weniger Schwingungen werden über die Schiene übertragen und treten in den Wohnräumen der Menschen wieder auf. Eine Steifigkeit von 22,5 kN/mm ist für diese Konfiguration typisch, kann jedoch zwischen 16 kN/mm und 25 kN/mm liegen.

Erweiterte Konfiguration

Sollten die Anforderungen an die Lärm- und Schwingungsminderung noch strenger werden – beispielsweise wenn über dem U-Bahn-Tunnel ein Operationssaal eines Krankenhauses errichtet wird –, kann das bestehende System einfach aus der Gemeinsamen Schnittstelle entfernt und durch widerstandsfähigere Komponenten ersetzt werden.

Für eine maximale Dämpfung kann das FCA- oder DFC-System durch das Pandrol Vanguard-System (oder das Bonded Rubber DFF-System) ersetzt werden. Beide Systeme sorgen für eine hohe Schwingungsdämpfung der über die Schiene übertragenen Schwingungen, die andernfalls ungehindert auf die die Gleisanlagen umgebenden Bauwerke übertragen würden. Das Vanguard-System stützt die Schiene am Schienensteg und unter dem Schienenkopf ab. Dadurch wird die Schiene vollständig von elastischen Elementen getragen, die an einer Gusseisen-Grundplatte befestigt sind. Diese elastischen Elemente wirken auf Scherung und gewährleisten eine hohe Spurkontrollgenauigkeit, da die daraus resultierende Schienenauslenkung fast ausschließlich vertikal verläuft.

Die Schiene ruht nicht auf einer Unterlage oder der Grundplatte, sondern wird von den elastischen Blöcken gestützt, wodurch darunter ein Luftspalt von etwa 6 mm entsteht.

Dieses System ist äußerst widerstandsfähig, weist eine Steifigkeit von nur 5 kN/mm auf und hat sich bei der Reduzierung von bodengeleiteten Schwingungen um mehr als 10 dB bewährt.

Vielseitigkeit in der Praxis

Die Follo-Linie in Norwegen verbindet Oslo und Ski über zwei 19,5 km lange Tunnel, die längsten in Skandinavien. Die Tunnel verlaufen durch einen Granitberg, in dessen Umgebung Menschen leben und arbeiten, und es war von Anfang an klar, dass Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung erforderlich sein würden, um die Auswirkungen des Bahnbetriebs auf die Anwohner in diesem Gebiet zu begrenzen.

Es wurde beschlossen, das System der Gemeinsamen Schnittstelle einzusetzen, um die Elastizität der Gleise so anzupassen, dass sie den strengen Anforderungen der von Beratungsunternehmen durchgeführten Studie zu Lärm und Vibrationen (N&V) entsprechen. Mithilfe des Systems wurden drei verschiedene Stufen der Steifigkeit bereitgestellt; Messungen nach der Installation bestätigten, dass die in der Studie hervorgehobenen N&V-Problemstellen wirksam kontrolliert worden waren und die geforderten Spezifikationen erfüllten.

Die obigen Abbildungen zeigen die Gemeinsame Schnittstelle im Einsatz im Follo-Tunnel mit zwei verschiedenen Befestigungssystemen – Pandrol VIPA DFC (links) und Pandrol Vanguard (rechts). Diese Systeme, die auf derselben gemeinsamen Grundfläche montiert sind, bieten die für verschiedene Stellen im Tunnel erforderlichen mittleren und fortgeschrittenen Stufen der Dämpfung von Bodenvibrationen. Um den anspruchsvollen Lärmgrenzwert von 32 dB einzuhalten, wurde eine Kombination aus zwei DFC-Baugruppen und einer entstimmten Vanguard-Baugruppe gewählt. Mit diesen Systemen konnte die Gleisteifigkeit unter Verwendung derselben Schnittstelle zwischen 22,5 kN/mm, 16 kN/mm und 11 kN/mm variiert werden.

Die Entscheidung für die Gemeinsame Schnittstelle gibt die Gewissheit, dass sich das NBT auch in Zukunft an alle sich ändernden Leistungsanforderungen anpassen kann.

Zusammenfassung

Das „Gemeinsame Schnittstelle System“ von Pandrol wird die Zukunft der NBT revolutionieren und bietet die erste Lösung überhaupt für die den derzeitigen Systemen innewohnende Inflexibilität. Mit der Gemeinsamen Schnittstelle können Betreiber von Schieneninfrastrukturen in NBT investieren und dabei darauf vertrauen, dass sie die Strecke an alle sich ändernden Leistungsanforderungen anpassen können – ganz gleich, ob diese in 10, 20 oder 50 Jahren auftreten.

Die wirtschaftlichen Vorteile liegen auf der Hand: Da lediglich die Befestigungssysteme und nicht die gesamte Schiene ausgetauscht werden müssen, lassen sich Millionen an unnötigen Kosten einsparen. Der Vorgang ist wesentlich einfacher und schneller, was zu geringeren Beeinträchtigungen für das Verkehrssystem und die Anrainer führt. Und angesichts des hohen CO₂-Fußabdrucks von Beton hat die Verlängerung der Lebensdauer von NBT enorme Vorteile für die Nachhaltigkeit. Nach dem Ausbau können Befestigungssysteme recycelt oder in einigen Fällen bei einem anderen Projekt wiederverwendet werden.

Die Gemeinsame Schnittstelle von Pandrol ist einzigartig und sorgt für die Zukunftssicherheit wertvoller, kostspieliger Anlagen. Es ist mit allen NBT-Systemen kompatibel. Sprechen Sie uns gerne an, wenn Sie mehr über das Potenzial dieses Systems zur Zukunftssicherung von NBT erfahren möchten.