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Korrekte Spezifikation von Befestigungen lohnt sich im Schwertransport

Allen Goff, Vice President – Sales and Marketing, Pandrol in Nordamerika, befasst sich mit den Herausforderungen, mit denen Schwerlastbahnen konfrontiert sind, und warum es wichtig ist, die Spezifikation der Befestigungselemente von Anfang an richtig zu formulieren. Schwerlastbahnen sind im Allgemeinen in Gebieten mit hohen Konzentrationen an Mineralvorkommen zu finden, die in der Regel in einigen der am schwersten zu erreichenden, unwirtlichsten Gegenden der Welt liegen. Bahnen, die durch dieses schwierige Gelände fahren, wo die Temperaturen zwischen +40 °C und -40 °C schwanken können und die transportierte Tonnage über 200 MT/Jahr liegen kann, erfordern eine Schienenbefestigung, die diesen schwierigen Bedingungen gerecht wird.

Viele Eisenbahnen im Schwerlastverkehr haben auch mit einem Anstieg der Tonnage zu kämpfen, da sich die Rohstoffpreise und das weltweite Volumen vom Tiefstand vor einigen Jahren erholen. Vor diesem Hintergrund ist die Tatsache zu sehen, dass viele Eisenbahnen für den Schwerlastverkehr zu einer Zeit gebaut wurden, als die Nachfrage nach Mineralien geringer war und daher weniger Tonnage verschifft wurde. In den USA beispielsweise verwendet das Schwerlastnetz für den Güterverkehr Ausrichtungen, die im19. Jahrhundert festgelegt wurden, und an einigen Stellen gibt es noch Holzschwellen und Befestigungen mit „geschnittenen Dornen und Ankern“.
Die Zunahme der Tonnage bei einigen Bahnen hat zu einer vorzeitigen Verschlechterung der Gleisgeometrie und zu Problemen mit den Befestigungen geführt, insbesondere wenn diese ursprünglich falsch spezifiziert wurden.

In solchen Situationen, die sich naturgemäß an abgelegenen, schwer zugänglichen Orten befinden, ist ein Befestigungssystem erforderlich, das ein Minimum an Eingriffen erfordert und langfristig leistungsfähig ist.

Hohe jährliche Tonnage 

Zweihundert Millionen Tonnen pro Jahr sind für eine Eisenbahn nicht ungewöhnlich, verglichen mit etwa 20 Millionen Tonnen pro Jahr bei Nichtschwerlasttransporten. Selbst bei Schwerlastbahnen übersteigt die tatsächlich beförderte Tonnage bei weitem diejenige, für die die Schienensysteme ursprünglich ausgelegt waren, was eine erhöhte Belastung für das Gleis-, Befestigungs- und Schwellensystem bedeutet. Bei dieser viel größeren zu befördernden Tonnage wäre zu erwarten, dass die Wartung oder der Austausch von Befestigungen viel häufiger erforderlich sein würde. Beim Austausch eines vorhandenen Befestigungssystems ist es daher wichtig, eine wartungsarme Befestigungslösung zu finden, die den Strapazen des modernen Schwerlastverkehrs standhält.

Wenn es um Befestigungen im Schwerlastverkehr geht, sind die Kosten für Wartung und Ersatz im Vergleich zu den Kosten für Arbeitskräfte und Gleissperren gering.  Die meisten Betreiber von Schwerlastgleisen planen, kleine Gleiskomponenten nur dann zu ersetzen, wenn andere Wartungsarbeiten, wie z. B. Wiederaufgleisung, durchgeführt werden.  Daher können erhebliche Einsparungen erzielt werden, wenn sichergestellt wird, dass die Lebensdauer der Befestigungskomponenten die Lebensdauer der Schiene übersteigt.  Dies wird jedoch schwieriger, je länger die Lebensdauer der Schienen und die beförderte Tonnage sind.  Die großen US-Schwerlastbahnen rechnen nun damit, dass die Schiene für 3 Mrd. Tonnen Verkehr im Tangentialgleis ausreicht.   Daher können die Nettoersparnisse aus Investitionen in langlebige Befestigungskomponenten bald wieder hereingeholt werden.

Hohe Zugkräfte

Hohe Zugkräfte können Schienenlängsspannungen verursachen und damit die Spezifikation beeinflussen.  Bei Anwendungen im Nichtschwerlastverkehr sind die maximal zu erwartenden Bremskräfte nach der Auslegung des Gleises für Kräfte aufgrund thermischer Ausdehnung und Kontraktion standardmäßig stark genug, um den aufgebrachten Zugkräften standzuhalten.  Bei Schwerlasttransporten mit höheren Zugkräften kann dies jedoch zum Versagen der Gleise führen.  Dies äußert sich zunächst in einer ungleichmäßigen Bewegung der Schwellen, die sich im Verhältnis zu den Schienen und dem Schotter schräg stellen und verschieben.

Die Lösung dieses Problems liegt in der Planung, dem Bau und der Instandhaltung eines qualitativ hochwertigen Gleisbettes und in der besonderen Aufmerksamkeit, die der Spezifikation von Schienenbefestigungen mit angemessener Längsschubelastizität gewidmet wird.  Tests an verschiedenen Arten von Schienenunterlagen haben gezeigt, dass die Auswirkungen von hohen Zugkräften ganz unterschiedlich abgemildert werden.

Einstellung der Spezifikation

Der dritte Faktor, der sich auf die Spezifizierung von Befestigungen auswirkt, ist darauf zurückzuführen, dass die meisten Schwerlastbahnen von Bergbauunternehmen und nicht von etablierten Bahnbetreibern vorgeschlagen werden.  Die Eisenbahn wird daher Teil des Bergbauprojekts, weil sie die wirtschaftlichste und zuverlässigste Art ist, Massengüter von der Quelle zum Verbraucher zu transportieren.  In den meisten Fällen wird die Planung, der Bau und sogar der Betrieb der Eisenbahn wie jede andere Kapitalinvestition ausgeschrieben.

Dies sollte eine Spezifizierung der technischen Leistung der Schwerlastbahnstrecke erfordern, jedoch gibt es keinen etablierten technischen Standard, der die Art der Faktoren berücksichtigt, die auf Schwerlastbahnen einwirken.  In der Praxis reicht es selten aus, technische Spezifikationen einfach von einer Eisenbahn zu übernehmen und sie auf eine andere in einem anderen Teil der Welt anzuwenden.   Die Schwerlast-Eisenbahnbranche kann auf eine starke Bilanz beim Austausch technischen Wissens durch Organisationen wie IHHA verweisen. Das hat dazu beigetragen, bewährte Verfahren zu entwickeln, die für neue und anspruchsvollere Projekte exportiert werden können.  Dies unterstützt, die Spezifikation der Befestigung so zu gestalten, dass es den Herausforderungen dieses speziellen Marktes gerecht wird.

Norfolk Southern Railways USA

Eine Schwerlastbahn, die die Spezifikation von Schwerlastschwellenplatten mitgestaltet hat, war Norfolk Southern Railways.  Bei diesem Projekt arbeitete Pandrol mit Norfolk Southern Railways zusammen und leistete Pionierarbeit bei der Entwicklung einer standardmäßigen asymmetrischen 18-Zoll-Ankerplatte an Stellen, an denen die Überhöhung der Schienen in umgekehrter Richtung ein Problem darstellte.   Die Eisenbahn benutzte Holzschwellen, aber alle zu dieser Zeit auf dem Markt erhältlichen Schwellenplatten mit elastischen Befestigungen hatten eine kleinere Grundfläche.   Die Herausforderung bestand in höherer Lokomotivleistung, dynamischen Bremsen, mehr MT pro Jahr, größeren Schienenabschnitten und Variation der Schwellenfestigkeit, was zusammengenommen bedeutete, dass eine neue Spezifikation für die Konstruktion von Spurplatten für den Schwerlastverkehr erforderlich war.

Die kritischsten dieser Spezifikationen waren der maximale Kontakt der Auflagefläche mit der Platte, ein erhöhter Kontakt der Auflagefläche mit der Platte, eine erhöhte Asymmetrie der Auflagefläche zur Feldseite hin, ein Klammergehäuse, das auf der Schwellenplatte zentriert ist, Platz für vier Schraubenanker und zwei geschnittene Anker und schließlich finanzielle Einsparungen gegenüber einer Gussplatte.

Pandrol führte die VICTOR-Platte ein, die die gleiche Grundfläche wie eine asymmetrische Standard-AREMA-Schwellenplatte von 18″ hatte und eine eingegossene, eingepresste Schulter enthielt, die eine Standard-Pandrol-E-Klammer zur Befestigung der Schiene an der Platte verwendete. Die VICTOR-Platte ist für die Aufnahme hoher Achslasten auf Holzschwellen ausgelegt.

Der Standort befand sich in einer 6,0-Grad-Kurve (290 m Radius) auf einer Steigung von 0,09 % mit einer Superhöhe von 3,5 % (90 mm), in der hauptsächlich Kohlezüge mit insgesamt etwa 40 MGT jährlich verkehrten.   Die Pandrol VICTOR-Platten wurden mit geschnittenen Dornen versehen, um die Platte an den Schwellen dieser hauptsächlich mit geschnittenen Dornen versehenen Eisenbahnlinie zu befestigen.  Die VICTOR-Platte wurde überwacht und zeigte eine gute Leistung in Bezug auf den reduzierten Zuschnitt der Ankerplatte und die Spurverbreiterung, was den Wartungsbedarf für diese Kurve senkte.

Die VICTOR-Schwellenplatten bieten eine maximale Auflagefläche, während die Verwendung von Pandrol-Befestigungen die Schwerlastbahnen mit elastischen Befestigungen mit überlegener Haltekraft ausstattet, wodurch ein Überrollen der Schiene verhindert und der Wartungsaufwand verringert wird.

Die Eisenbahngesellschaft Norfolk Southern Railways hat die Verwendung der VICTOR-Platten von Pandrol mit Schraubdornen auch für Brückenanwendungen spezifiziert.  Bis heute hat die Norfolk Southern Railways über 3 Mio. VICTOR-Platten installiert.  Diese Platten haben sich als vorteilhaft erwiesen, wenn es darum geht, den Plattenzuschnitt, die Überhöhung der Gegenschiene und die Bedingungen für die Spurverbreiterung zu reduzieren und den Schienenüberrollschutz zu gewährleisten.  Durch die Berücksichtigung dieser Faktoren konnte der Bahnbetreiber die Instandhaltungskosten senken und die Effizienz steigern.

Hohe Leistung, geringer Wartungsaufwand

Es ist also klar zu erkennen, dass Schienenbefestigungen eine erhöhte Leistung benötigen, um den Achslasten und der Krümmung standhalten zu können, die zu Problemen wie umgekehrter Schienenüberhöhung und dem Bedarf an laufender Instandhaltung führen können.   Betreiber von Schwertransporten suchen zunehmend nach der Verwendung von Befestigungen, die eine Mechanisierung mit hoher Leistung für Installation und Wartung ermöglichen, die den Bauunternehmen niedrigere Installationskosten bietet und diese Effizienz bei der Beanspruchung des Betriebs, der Wiederaufgleisung und der Schienenwartung während der gesamten Lebensdauer des Befestigungssystems wiederholt.

Innovationen in diesem Sektor haben zu Lösungen geführt, die viele dieser Probleme überwinden und Eisenbahnen helfen, geringeren Wartungsaufwand und längere Lebensdauer ihrer Befestigungssysteme zu erreichen.