Verhinderung von Gleisknicken und Schienenbrüchen mit dem VERSE®-System von Pandrol

Die Verringerung der Entgleisungsgefahr aufgrund von Gleisknicken oder Schienenbrüchen ist seit langem eine Priorität für Eisenbahnunternehmen und Gleisbauingenieure. Die Messung der spannungsfreien Temperatur von lückenlos geschweißten Schienen ist dabei ein wichtiger Faktor. Er ermöglicht es, Schwachstellen und Risiken zu erkennen und zu managen. In der Vergangenheit war dies jedoch ein zeitaufwändiger, teurer und oft unzuverlässiger Prozess, bei dem die Schiene durchtrennt wurde.

Das innovative VERSE^®-System von Pandrol bietet eine zerstörungsfreie Methode zur Messung der spannungsfreien Temperatur von Schienen. Es wurde im Jahr 2000 eingeführt und verbessert bereits Sicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit im weltweiten Eisenbahnverkehr.

Die Herausforderung Temperatur

Temperaturerhöhungen und -senkungen führen dazu, dass sich Schienen ausdehnen und zusammenziehen. Die Schienenbefestigung, die Schwellen und der Schotter sind so konstruiert, dass Ausdehnung und Kontraktion verhindert werden. So führen Temperaturänderungen dazu, dass die Schiene bei steigender Temperatur komprimiert wird und bei sinkender Temperatur mit Zugspannung beaufschlagt wird. Bei übermäßiger Kompression knickt die Schiene ein. Bei übermäßiger Spannung bricht die Schiene (normalerweise an einer Schweißnaht, wo die Schiene am schwächsten ist).

Die spannungsfreie (oder neutrale) Temperatur ist der Punkt, an dem die Schiene weder mit Zugspannung noch mit Kompression beaufschlagt wird. Der Gleisbauingenieur ermittelt die spannungsfreie Temperatur – in der Regel etwa 5° über dem Mittelpunkt zwischen der niedrigsten und höchsten Temperatur, die die Schiene wahrscheinlich erreichen wird. Eisenbahnunternehmen müssen dann die spannungsfreie Temperatur der Schiene überwachen, um Risiken zu erkennen, effektive Wartung zu planen und Sicherheit und Betriebsleistung aufrechtzuerhalten.

Wie funktioniert VERSE®?

Das VERSE^®-System – gemeinsam von Pandrol und AEA Technology entwickelt – ist eine genaue, zerstörungsfreie Methode zur spannungsfreien Temperaturmessung. Da die Schiene nicht durchgeschnitten werden muss, ist der Zeitaufwand mit weniger als 5% der Kosten wesentlich geringer als bei herkömmlichen Methoden.

Bei einer Messung werden ca. 30 m Gleis von ihren Klammern gelöst. Die VERSE^®-Ausrüstung umfasst eine Klemme am Schienenkopf, mit der die Schiene mit bis zu 10 kN angehoben werden kann (überwacht durch einen Kraftaufnehmer). Das System lenkt dann die Schiene aus, und ein Wegaufnehmer protokolliert die Belastung und die Auslenkung in regelmäßigen Abständen, wobei das Kraft- und Auslenkungsprofil der Auslenkung genau gemessen wird. Je höher die Spannung in der Schiene, desto mehr Kraft ist erforderlich, um sie auszulenken.

Die Ausgabe der Messwertaufnehmer wird an einen Handheld-Computer weitergeleitet und mit anderen Daten kombiniert, einschließlich der Schienenumgebungstemperatur, des Schienenprofils und der Schienenhöhe (so dass Schienenkopfverschleiß und Schienenschleifen berücksichtigt werden können). Die VERSE^®-Software verwendet diese Daten dann, um eine sofortige schienenseitige stressfreie Temperatur mit hoher Genauigkeit auszugeben. Die Datendateien werden auf dem Handheld-Computer gespeichert und können zur weiteren Analyse in eine PC-Software heruntergeladen werden.

Die VERSE^®-Ausrüstung ist einfach und effizient in der Anwendung. Die Vorbereitung ist minimal – es ist nicht notwendig, die inhärente Belastung und die Belastungsgeschichte der Schienenstrecke zu kennen. Es müssen keine Messungen bei unterschiedlichen Schienentemperaturen durchgeführt werden. Die Schienentemperatur zum Zeitpunkt der Messung muss niedriger sein als die spannungsfreie Temperatur, was VERSE^® ideal für den Einsatz in der Nacht und am frühen Morgen macht. Der Benutzer gibt kritische Daten in den Handheld-Computer ein und wird durch das Verfahren der Schienenablenkung geführt. Die typische Prüfzeit beträgt je nach Art der Schienenbefestigung für eine erfahrene Mannschaft 20 bis 30 Minuten.

Erfolg weltweit

VERSE^® ist heute in über 25 Ländern weltweit im Einsatz. Durch die Identifizierung unmittelbarer Probleme hat das System viele unnötige Nachspannarbeiten vermieden und die Korrektur von Hochrisikosituationen ermöglicht, die in der Vergangenheit versäumt worden wären. Längerfristig verbessert sie das Verständnis der Eisenbahnunternehmen für die Auswirkungen von Zeit, Verkehr, Instandhaltung, Wetterzyklen und Zustand der Gleiskomponenten.

Einige VERSE^®-Anwender in Großbritannien haben innerhalb weniger Wochen bis zu 1.000 Messungen durchgeführt. Dies hat ihnen neue Einblicke in den Zustand ihrer Strecke verschafft und wertvolle Informationen zur Verbesserung von Standards und Verfahren geliefert. In einigen Fällen wurden an bis zu 30 % der gemessenen Standorte Probleme ermittelt, darunter signifikante Spannungsunterschiede zwischen Schienen im gleichen Gleis und große Abweichungen zwischen Abschnitten, die nur 400 m voneinander entfernt sind. Auf einem neu verlegten Gleis wurden Abweichungen von mehr als 5 % zwischen den Schienen festgestellt.

Die Canadian National Railways haben VERSE^® eingesetzt, um die Auswirkungen auf die spannungsfreie Temperatur von Bettreinigungsmaschinen und anderen mechanischen Gleisinstandhaltungsverfahren zu untersuchen. Dallas Area Rapid Transit hat VERSE^® eingesetzt, um ganz neue Gleise vor der Inbetriebnahme zu prüfen und Probleme mit zuvor verwendeten Belastungstechniken festgestellt. Ein Unternehmen hat VERSE^® in Verbindung mit einem Bodenverfestiger verwendet, um die spannungsfreie Temperatur durch eine Kurve zu korrigieren. Der Bodenverfestiger bewegt die Kurve nach außen, um die Spannung wieder herzustellen, und die Messungen werden mit VERSE^® überprüft. Dies soll im Vergleich zu konventionellem Entspannen erhebliche Einsparungen ermöglichen.

Was die Zukunft bringt

Mit Blick auf die Zukunft ist offensichtlich, dass VERSE^® eine Schlüsselrolle dabei spielt, Eisenbahnen weltweit zu unterstützen, effizienter, kostengünstiger und vor allem sicherer zu werden.