Entwicklung eines Prototyps zur Oberflächenbearbeitung von Schienen im urbanen Raum
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
INFRASTRUKTUR & BAU OBERFLÄCHENBEARBEITUNG VON SCHIENEN
Entwicklung eines Prototyps
zur Oberflächenbearbeitung
von Schienen im urbanen Raum
Straßenbahn- und Light-Rail-Systeme erleben eine Renaissance. Der Erfolg
stellt die Infrastrukturbetreiber allerdings vor neue Herausforderungen.
Gerade in dicht besiedelten Bereichen ist der Lärmschutz essenziell.
Die Schienenpflege zum Lärmschutz gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Immer längere Betriebszeiten erfordern ein Umdenken bei der Instandhaltung.
Neue Technologien müssen entwickelt und auf den Markt gebracht werden.
Das Bedürfnis nach Mobilität ist in den Aufschwung. Die Shift2Rail-Studie zum Dipl.-Ing. Bernhard Antony
letzten Jahren kontinuierlich angestiegen Thema „Worldwide evolution of light rail Head of Technology
und aktuelle Studien zeigen das konti- transit (LRT) networks“ [1] bestätigt die Centre Purkersdorf,
Plasser & Theurer, Wien
nuierliche Wachstum der Städte. 2050 positive Entwicklung. Seit dem Jahr 2000
bernhard.antony
sollen bereits zwei von drei Menschen in konnte ein überproportionales Wachstum @plassertheurer.com
Städten leben. Das stellt die Verkehrspla- neuer Straßenbahn- und LRT-Systeme be-
nung von urbanen Bereichen vor große obachtet werden. Zudem konnte heraus-
Herausforderungen. Eine Antwort darauf gefunden werden, dass zu Beginn eher Dipl.-Ing. Dr. Fabian Hansmann
ist die Errichtung von schienengebunde- LRT-Systeme errichtet wurden. Mittlerweile Senior Expert Track Technology
nen Nahverkehrsmitteln. Sie lassen sich hat sich der Trend jedoch zugunsten der Plasser & Theurer, Wien
durch ihre Systemeigenschaften perfekt niveaugleichen Straßenbahnsysteme ver- fabian.hansmann
@plassertheurer.com
dazu nutzen, große Verkehrsaufkommen schoben. Die Studie prognostiziert darüber
abzuwickeln. hinaus ein beträchtliches Wachstum für die
Neben dem verstärkten Aus- und Erweiterung bereits bestehender Systeme.
Neubau von U-Bahnen erleben auch Stra- Bild 1 zeigt die im Rahmen der Studie er-
ßenbahnnetze und Light-Rail-Systeme stellte Entwicklung der Straßenbahn- und
(LRT) in den letzten Jahren einen neuen LRT-Systeme. [2]
Mit der Schaffung neuer Straßenbahn-
und LRT-Systeme kommen auch zusätzli-
che Herausforderungen auf die Planer und
Betreiber zu. Gerade in dicht besiedelten
Bereichen nimmt der Lärmschutz einen
immer größeren Stellenwert ein. Maßnah-
men, wie sie allerdings bei der Vollbahn
eingesetzt werden (z. B. Lärmschutzwän-
de), sind jedoch aufgrund der innerstäd-
tischen Rahmenbedingungen nur schwer
umzusetzen. Oberstes Gebot bleibt der
Schutz der Menschen, denn in der Euro-
päischen Union sind mindestens 100 Mil-
lionen Menschen direkt vom Straßenlärm
betroffen. [3]
In der Umgebungslärmrichtlinie der
1: Entwicklung weltweiter Straßenbahn- und LRT-Systeme von 2000 bis 2016 [1] Europäischen Union sind die Beurtei-
lungsschwellen für die Bewertung der
46 ETR | Januar+Februar 2021 | NR. 1+2 www.eurailpress.de/etr
OBERFLÄCHENBEARBEITUNG VON SCHIENEN INFRASTRUKTUR & BAU
2: Quelle der Lärmemissionen bei Schienenfahrzeugen in Abhängigkeit zur Fahrgeschwindigkeit [4]
gesundheitlichen Auswirkungen auf den an Vignolschienen im Vollbahnbereich. die Schienenfehler negativ auf die Lebens-
Menschen festgelegt. Schädigender Um- Zu den bekanntesten Schienenfehlern im dauer der Schiene. [2] Die Eingriffsschwelle
gebungslärm kann unter anderem zu Herz- Light-Rail-Sektor zählen [2]: zur Behebung von Schienenfehlern mittels
Kreislauf-Erkrankungen, Hörschäden und Schienenschleifen ist unter anderem durch
Tinnitus sowie Beeinträchtigung der psy- ◼◼ Schleuderstellen – Diese entstehen Längsprofilfehler von 0,10 mm definiert.
chischen Gesundheit führen. Auch Schlaf- beim Übergang von der Haft- zur Gleis- Beim akustischen Schienenschleifen liegt
störungen sind eine häufige Erscheinung. reibung der angetriebenen Achsen. die Eingriffsschwelle deutlich unterhalb der
[3] Dabei kommt es zum Durchdrehen der oberbautechnischen Eingriffsschwelle. [5]
Bei Straßenbahn- und LRT-Systemen Räder. Aufgrund der vergleichsweise
entsteht bei der Überfahrt durch den Kon- großen Beschleunigungen beim Anfah- Welche Schleifverfahren gibt es zur Schie-
takt des Stahlrades mit der Schiene Kör- ren und Bremsen von Straßenbahnen nenoberflächenbehandlung?
per- und Luftschall. Die Schallausbreitung sind Schleuderstellen häufig anzutref-
wird wesentlich durch die „Glattheit“ der fende Schäden. Beim Schienenschleifen im Light-Rail-Sek-
Schiene und Räder beeinflusst. Je rauer Rä- ◼◼ Riffel – Darunter versteht man periodi- tor wird zwischen drei Verfahren unter-
der und Schienen sind, desto mehr werden sche Fahrbahnunebenheiten mit einer schieden [2]:
sie zur Schwingung und in weiterer Folge Wellenlänge von 3 bis 30 cm. Bei Rillen-
zur Schallausbreitung angeregt. So entste- schienen im urbanen Bereich herrschen ◼ Rutschersteinverfahren – Die Schleifstei-
hen bei fehlerfreien Schienen geringere Wellenlängen von etwa 5 cm vor. Diese ne werden auf die Schienenoberfläche
Schallemissionen. Die Radreifen können Schienenfehler wirken sich besonders angedrückt und im Anschluss wird das
durch regelmäßiges Abdrehen glatt ge- markant auf die Schallemissionen und Netz befahren. Bei dieser Methode er-
halten werden. Dies ist insbesondere im die Lebensdauer der Schienen aus. folgt ein minimaler Materialabtrag im
Geschwindigkeitsbereich bis 50 km/h von ◼◼ Schienenbrüche – Schienenbrüche Mikrometerbereich. Ziel ist es, eine glat-
Bedeutung, da hier das Rollgeräusch maß- treten in urbanen Netzen relativ häufig te Schienenoberfläche herzustellen. Die
gebend ist (siehe Bild 2). [4] auf. Einfluss darauf haben die Tempera- Arbeitsgeschwindigkeit von 30 km/h
tur- und Lagerungsbedingungen sowie ermöglicht es, diese Methode auch wäh-
Wie entstehen Schienenfehler? die Belastungsgeschichte, die Schienen- rend der Betriebszeiten einzusetzen.
form und Schienenbeschaffenheit. Auch ◼ Rotorisches Schleifen – Durch rotierende
Durch das Befahren der Schienen in Verbin- mangelhaftes Verschweißen von Schie- Schleifscheiben am Schienenprofil wird
dung mit der statischen und dynamischen nensegmenten kann zu Schienenbruch bei dieser Methode ein Materialabtrag
Beanspruchung kommt es zum Verschleiß führen. von bis zu 0,2 mm pro Überfahrt erzielt.
der Schiene. Bemerkbar macht sich dieser Auch ein Reprofilieren des gesamten
unter anderem in Form von Veränderun- Durch die Schienenfehler kommt es zu Fahrkopfes der Schiene ist bei dieser
gen der Gefügestruktur, mechanischen einer erhöhten dynamischen Beanspru- Technologie möglich. Im Vergleich zum
Spannungen und Verfestigungen, die bei- chung des Fahrweges und der Fahrzeuge. Rutschersteinverfahren ist die Schie-
spielsweise die Rissbildung fördern. Die Diese führt zu einem höheren Geräuschpe- nenoberfläche jedoch rauer. Dadurch
im Light-Rail-Sektor am häufigsten auftre- gel im Fahrzeug und einer größeren Lärm sind die Lärmemissionen nach dem ro-
tenden Schienenfehler unterscheiden sich emission für die Anrainer von Straßen- torischen Schleifen höher als beim Rut-
hinsichtlich ihrer Ausprägung von jenen bahn- und LRT-Systemen. Zudem wirken schersteinverfahren.
www.eurailpress.de/etr ETR | Januar+Februar 2021 | NR. 1+2 47
INFRASTRUKTUR & BAU OBERFLÄCHENBEARBEITUNG VON SCHIENEN
◼ Oszillierendes Schleifen – Beim oszillie- ◼ In einem Streckennetz finden sich ver- Arbeiten im normalen Betrieb und unter
renden Schienenschleifen werden die schiedene Schienentypen (Vignolschie- Verkehr erfolgen.
Schleifsteine ebenfalls auf die Schiene ne und häufig Rillenschiene).
angedrückt und zusätzlich in Richtung ◼ Häufig sind enge Bogenradien (bis zu ATMO –im Rahmen von Shift2Rail
der Schienenachse oszilliert. Für die einem Durchmesser von z. B. 17 m) anzu- entwickelter Schienenschleifanhänger
Schleifwirkung ist keine Mindestge- treffen.
schwindigkeit erforderlich. Im Vergleich ◼ Gemeinsame Umgebung mit dem Auto- In der 2016 gestarteten, aus europäischen
zum Rutschersteinverfahren kann auf- verkehr sowie die Nähe zu Fußgängern Fördermitteln Horizon 2020 (H2020) un-
grund der oszillierenden Bewegung sind zu beachten. terstützten europäischen Shift2Rail-Tech-
ein erhöhter Materialabtrag erzielt und ◼ Die Schienen sind in die Straßendecke nologieinitiative (S2R) werden Projekte zu
gleichzeitig eine ähnlich glatte Schie- eingelassen. Verbesserungen jeder Art im Rad-Schiene-
nenoberfläche hinterlassen werden. Die ◼ Meistens sind keine Lokomotiven ver- System umgesetzt. Ein Ergebnis ist der
Lärmemissionen nach dem Schienen- fügbar, um Maschinen zu ziehen. Hin- Schienenschleifanhänger ATMO (Automa-
schleifen werden somit auf ein absolutes gegen stehen häufig Unimog-ähnliche tic Track Machine Oscillator). Dieser wurde
Minimum reduziert. Fahrzeuge zur Verfügung. im Rahmen von Shift2Rail durch Plasser &
◼ Die Geschwindigkeits- und Fahrvor- Theurer entworfen und gebaut. Das Design
Generell gilt: Nicht die Schienen bearbei- schriften unterliegen den Straßenver- des Anhängers basiert auf den besonderen
ten, um Fehler zu beheben, sondern die kehrsgesetzen. Anforderungen von Straßenbahnsystemen.
Schienen bearbeiten, um keine Fehler zu- ◼ Die maximalen Achslasten (z. B. 10 kN) Der minimale Arbeitsradius der Maschine
zulassen. [5] Das bedeutet, dass Schienen sind deutlich geringer. liegt daher bei unter 17 m, wofür eine Neu-
präventiv regelmäßig zur Pflege geschlif- ◼ Die Instandhaltungsfenster sind kurz. entwicklung der bereits bekannten oszillie-
fen werden sollten, damit Fehler erst gar renden Schleifaggregate erforderlich war.
nicht auftreten bzw. bereits in einem frü- Diese infrastrukturseitigen Rahmenbe- Im Gegensatz zum herkömmlichen Oszilla-
hen Stadium behoben werden. dingungen machen die Entwicklung tionsantrieb wurde beim Prototyp ein völ-
einer Schleifmaschine für den Einsatz lig neuer Weg zur Erzeugung der Frequenz
Welche Herausforderungen gibt es im auf Straßenbahn- und LRT-Netzen zu und Amplitude gewählt. Aufgrund der geo-
urbanen Bereich bei der Schienenpflege? einer Herausforderung. Dazu kommen metrischen Rahmenbedingungen musste
betriebliche Einschränkungen bei der der Schleifschlitten (siehe Bild 3) so aus-
Im Stadtbereich stellt das Schienenschlei- Durchführung der Schleifarbeiten. Die- geführt werden, dass die in engen Bögen
fen die Betreiber im Gegensatz zur Vollbahn se sind im Mischverkehr mit anderen geführten Schleifsteine die Ideallinie nicht
vor ganz andere Anforderungen. Die wich- Verkehrsteilnehmern bei verschiedenen verlassen und die Schienenoberfläche op-
tigsten Unterschiede sind im Vergleich: Geschwindigkeitswerten (bis fast 0 km/h) timal bearbeitet werden kann. Neben dem
mit gleichbleibender Qualität durchzu- oszillierenden Schleifen kann die Maschine
◼ Das Lichtraumprofil variiert sehr nach führen, ohne das Ergebnis negativ zu auch im Rutschersteinverfahren betrieben
den örtlichen Gegebenheiten. beeinflussen oder den laufenden Betrieb werden und bietet somit größtmögliche
◼ Oftmals handelt es sich um kleine Netze einzuschränken. Aufgrund kurzer oder Flexibilität hinsichtlich Materialabtrag und
mit divergierenden Anforderungen. nicht vorhandener Sperrpausen müssen Arbeitsgeschwindigkeit.
Bei der Auswahl der Zugfahrzeuge
wurde ebenfalls auf hohe Flexibilität ge-
achtet. So ist es möglich, den Hänger
sowohl mit konventionellen schienenge-
bundenen als auch mit – üblicherweise im
Straßenbahnbereich verwendeten – Zwei-
wegefahrzeugen zu ziehen. Der Betrieb
der Aggregate erfolgt über eine eigene
Energieversorgung am Anhänger. Diese
wird beim Prototypen über einen Diesel-
motor erzeugt, soll aber bei der späteren
Serienumsetzung auch als elektrische Va-
riante erhältlich sein. Mit einer gesamten
Länge von knapp über 8 m und einer Ge-
samtmasse von 18 t ist das Fahrzeug ideal
auf den Einsatz im innerstädtischen Be-
reich abgestimmt. Das für den Nassschliff
erforderliche Wasser wird beim ATMO in
einem 2600 l fassenden Tank mitgeführt.
Diese Menge ist ausreichend für eine
Schichtleistung von ca. sechs Stunden
und kann bei Bedarf an jedem Hydranten
3: Schleifaggregate des oszillierenden Schleifanhängers ATMO wieder aufgefüllt werden.
48 ETR | Januar+Februar 2021 | NR. 1+2 www.eurailpress.de/etr
OBERFLÄCHENBEARBEITUNG VON SCHIENEN INFRASTRUKTUR & BAU
Mit dem Prototyp-ATMO konnten die
ersten Funktionstests bereits am Betriebs-
gelände der Wiener Linien erfolgreich
durchgeführt werden. Die in der ersten
Testphase gemachten Erfahrungen beim
Schleifverhalten in engen Bögen, Kreu-
zungen und Weichen wurden zur weiteren
Optimierung der Technologie und Verbes-
serung des Schleifergebnisses genutzt. Im
Mittel konnte pro Schleifüberfahrt ein Ab-
trag von 0,011 mm erzielt werden. Bild 4
zeigt im linken Bild die Schienenoberflä- 4: Das linke Bild zeigt die Schiene vor dem oszillierenden Schleifen, das rechte danach
che vor der Schleifung mit dem ATMO und
auf der rechten Seite danach. Das Ziel der
zweiten Testphase ist es, Erfahrungen im
Betriebsgleis zu sammeln und die optimale nahme ist das oszillierende Schienen- Literatur
Parametereinstellung von Frequenz, Amp- schleifen. Aufgrund der immer längeren
litude, Auflast, Schleifsteinzusammenset- Betriebszeiten werden die Wartungsfenster [1] In2Track – Final Report – „Enhanced inspection,
maintenance and operation of track“; „Worldwide
zung und Schleifgeschwindigkeit zu iden- für solche Aufgaben zunehmend verkürzt.
evolution of light rail transit (LRT) networks“; 2019
tifizieren. Um dies zu erreichen, wird der Gleichzeitig steigt jedoch der Bedarf für die [2] F. Hansmann, J. Kehrer; „Auf leichten Schienen –
ATMO die Straßenbahnschienen im Netz Durchführung aufgrund des erhöhten Ver- Mobilitätsrückgrat der Städte“; ETR – Eisenbahn
der Wiener Linien schleifen. Die Qualität kehrsaufkommens auf der Schiene. Um die technische Rundschau 6/2018
der Schleifung wird über die Messung der Instandhaltung zukünftig unter laufendem [3] WHO; Environmental Noise Guidelines for the
European Region; 2018
Geradlinigkeit beurteilt. Zudem ist vorge- Betrieb zu bewältigen, bedarf es neuer
[4] UIC; Environmental Noise Directive Development
sehen, Lärmmessungen durchzuführen, Technologien. Mit dem Schienenschleif of Action Plans for Railways; 2008
um den Effekt des Schienenschleifens auf anhänger-ATMO hat Plasser & Theurer im [5] D. Hartleben; „Präventives Schienenschleifen –
die Lärmreduktion darstellen zu können. Rahmen von Shift2Rail einen Prototyp ent- Mittel zur Lärmreduzierung“; EI – Der Eisenbahn
Dafür soll vor und unmittelbar nach der wickelt, der genau auf die Erfüllung dieser ingenieur 6/2010
Maßnahme gemessen werden. Zur Erfas- Herausforderungen ausgerichtet ist. In um-
sung der weiteren Entwicklung ist geplant, fangreichen Feldtests wird die Maschine
zusätzliche Lärmmessungen in regelmä- weiter optimiert und die Wirksamkeit der
ßigen Abständen nach der Schleifung Technologie mittels Messungen nachge-
durchzuführen. Nach der erfolgreichen wiesen.
Absolvierung der zweiten Phase wird die
Technologie im Regelbetrieb der Straßen-
bahn erprobt. Summary
Development of a prototype for the surface
Zusammenfassung und Ausblick ACKNOWLEDGEMENTS treatment of rails in urban areas
Das dem Artikel zugrunde liegende Streetcars and Light-Rail-systems are experiencing
Bei der Überfahrt von Straßenbahnen ent- Forschungsprojekt wurde im Rahmen a renaissance. However, the success is facing the
steht durch den Kontakt des Stahlrades mit von Shift2Rail von Plasser & Theurer infrastructure operators with new challenges.
der Schiene Körper- und Luftschall. Dieser durchgeführt. Especially in densely populated areas, noise pro-
kann von den Anrainern als störend emp- This project has received funding from tection is essentially. Rail maintenance for noise
funden werden und verursacht in beson- the European Union‘s Horizon 2020 protection is becoming more important. Ever
ders schweren Fällen sogar gesundheitli- Programme Research and Innova- longer operational life-cycles require a re-think
che Folgeerscheinungen. Zur Verringerung tion action under grant agreement in maintenance. New technologies have to be
der Schallemissionen muss die Oberfläche No 730841. developed and brought to market.
der Schiene geglättet werden. Eine Maß-
9711_anz_erp_archiv_Lupe_ERP_EW_2101_182x32.indd 1 27.01.2021 11:36:23
www.eurailpress.de/etr ETR | Januar+Februar 2021 | NR. 1+2 49
Sie können auch lesen
