Eisenbahnoberbau: Die Grundlagen des Gleisbaues

264 Pages·1952·9.72 MB·German

by  Dipl.-Ing. Dr. Robert Hanker (auth.)

Eisenbahnoberbau
Die Grundlagen des Gleisbaues
Von
Dipl.-Ing. Dr. Robert Hanker
o. Professor an der Technischen Hochschule 'Vien
Mit 258 Textabbildungen
Wien
Springer-Verlag
1952
ISBN-13: 978-3-7091-7801-0 e-ISBN-13: 978-3-7091-7800-3
001: 10.1007/978-3-7091-7800-3
AIle Rechte, insbesondere das der V"bersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1952 by Springer-Verlag in Vienna.
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1952
Vorwort
Grau, teurer Freund, ist aile Theorie,
Und griin des Lebens goldner Baum.
(Faust, Schiilerszene.)
Wenn man den Eisenbahnoberbau in seiner heutigen Form, Schienen auf
Querschwellen im Schotter eingebettet, liegen sieht, dann erscheint alles so ein
fach und selbstverstandlich, daB man meinen sonte, das Schaffen eines Oberbaues
sei ein gutes biederes Handwerk und daB auch die Beschreibung des rein Hand
werksmaBigen bald abgetan sein miiBte.
Ein Vergleich mit einer Lokomotive, die dem Oberbau nahesteht, weil sie mit
ihm zusammenarbeiten muB, mit ihren vielen Einzelteilen und ihrem ver
wickelten Aufbau - denken wir nur an eine Elektrolokomotive -, oder mit einer
machtigen, weit gespannten Briicke, die als "Trager" ein Gegenstiick der Schiene
bildet, scheint die untergeordnete Bedeutung des Eisenbahnoberbaues besonders
deutlich darzutun. DaB fUr den Entwurf einer Lokomotive oder einer solchen
groBen Briicke viel "Wissen" geh6rt, leuchtet jedem ein - aber der Eisenbahn
oberbau - ja kann man denn da iiberhaupt von einer Wissenschaft sprechen 1
Und doch ist es so. In dem einfachen. bescheidenen Oberbau, der unentwegt
die schweren Lasten tragt, sich von den Lokomotiven und Wagen stoBen und
hammern laBt und sie dabei sicher an ihr Ziel /uhrt, steckt eine gewaltige Geistes
arbeit von mehreren Generationen, und nur wer die Entwicklung kennt, kann er
messen, wieviel miihsame Forscherarbeit aufgewendet werden muBte, um zu
dem einfachen Endergebnis zu kommen: zu unserem heutigen Gleis.
Das vorliegende Buch hat sich daher das Ziel gesteckt, mehr als in anderen
Biichern iiber den Eisenbahnoberbau, alles entwicklungsmaBig aufzubauen und
dabei die wissenschaftliche Forschungsarbeit, die bei der Entwicklung geleistet
worden ist, aufzuzeigen.
Wie im biologischen Sinn gilt auch hier der. Satz: Alles Leben ist Entwicklung
und nur Entwicklung ist Leben; Stillstand ist der Tod.
Wenn dies der Leitfaden sein soIl, der das ganze Buch durchzieht, dann wird
auch der Theorie ein gebiihrender Platz in den angestellten Betrachtungen ein
geraumt werden miissen, obwohl gerade im Eisenbahnoberbau die praktische
Erfahrung bei der Entwicklung fiihrend war und wohl immer bleiben wird.
Aber ohne Theorie gabe es in der Technik und daher auch im Oberbau keine
Entwicklung, sie befruchtet die Praxis, ist oft die Wegweiserin und schlieBlich
ist zunachst jeder neue Gedanke "Theorie", der noch nicht in der Praxis erprobt
worden ist.
Wie auf allen Gebieten des technischen Schaffens wird auch beim Eisenbahn
oberbau im richtigen Zusammenklang von Theorie und Praxis noch ein weiterer
Fortschritt zu erwarten sein. Aufgebaut auf Theorie und Praxis, wird daher im
Anhang des Buches ein neuer Weg gewiesen, in welcher Richtung die Weiter-
IV Vorwort
entwicklung des Eisenbahnoberbaues gehen konnte. Bei diesem Streben hoffe ieh,
von "grauer Theorie" bewahrt geblieben zu sein, eben weil ieh mogliehst aIle
praktisehen Erfahrungen (und nieht nur die eigenen), die in der Entwieklungs
zeit gemaeht wurden, mogen sie oft noeh so klein und unbedeutend sein, beaehtet
und fur die Entwieklung ausgenutzt habe.
Urn die vielen praktisehen Erfahrungen und die geleistete Forsehungsarbeit
festzuhalten, habe ieh mieh bemuht, ein mogliehst umfassendes Literaturver
zeiehnis zusammenzustellen, das die ganze Entwieklung des Eisenbahnoberbaues
widerspiegelt. Wenn dieses Verzeiehnis trotz aller Bemuhungen doeh nieht "voll
standig" ist, dann moge man mir den Mangel verzeihen. Es liegt nieht am guten
Willen, sondern ist in der Unzulangliehkeit alles mensehliehen Sehaffens be
grundet.
Jedenfalls ware ieh fUr Mitteilungen, die eine Erganzung im Literaturver
zeiehnis oder sonstige Anderungen zweekdienlieh erseheinen lieBen, sehr dankbar.
An dieser Stelle sei aueh allen Forderern aus der Praxis, die mieh mit ihren
Erfahrungen unterstiitzt ha ben, herzliehst gedankt und dem Verlag fiir die
Ausstattung des Buehes der besondere Dank ausgesproehen.
Nieht zuletzt danke ieh noeh meinem Assistenten Herrn Dipl.-lng. Dr. teehn.
Leopold LIEBSCHER fur die Unterstiitzung bei der mehrmaligen Durehsieht der
Arbeit wahrend des Druekes.
Das vorliegende Bueh behandelt nur den Bau des laufenden Gleises, also den
eigentliehen Eisenbahnoberbau, den Gleisbau, wahrend die Behandlung der Gleis
verbindungen einer spateren Arbeit vorbehalten sein solI. Dies ersehien deshalb
zweekmaBig, weil iiber Gleisverbindungen erst 1940 ein Bueh von HARTMANN,
"Reiehsbahnweiehen und Reiehsbahnbogenweiehen", Verlag Otto Elsner, Berlin,
ersehienen ist und bis zur Herausgabe eines neuen Buehes uber denselben Gegen
stand ein groBerer Zeitraum verstreiehen soIl, urn die weitere Entwieklung
beriieksiehtigen zu konnen.
Zusammenfassend sei sehlieBlieh festgestellt, daB die vOlkerverbindende
Eisenbahn, die heute aus unserem Lebennieht wegzudenken ist, trotz aller neuen
Verkehrsmittel in der naehsten Zukunft ihre Bedeutung fUr die Beforderung
groBer Mengen mit groBer Gesehwindigkeit behalten wird. Eine noeh bessere
eiserne Bahn zu sehaffen, die bei geringerem Aufwand noeh mehr leistet, ist also
kein nutzloses Beginnen, sondern muB weiter unser Bestreben sein.
Dem Bueh sei daher der Wunsch mit auf den Weg gegeben, sieh als ein kleines,
aber niitzliches Blatt in "des Lebens goldenem Baum" zu erweisen, der ja in
der gesamten Technik einen seiner kraftigsten Aste besitzt.
Wien, im Friihjahr 1952.
R. Hanker
Inhaltsverzeichnis
Seite
Einleitung. . . . . . . . 1
A. Grundlagen . . . . . . 2
I. Regelquerschnitte 2
II. Spurweite ... 3
III. SpurmaB 5
IV. Spurerweiterung 6
V. Spurrille. . . . 7
VI. tJberhiihung . . 8
VII. tJberhiihungsrampen 9
VIII. tJbergangsbogen .. 11
IX. Ausrundung der Neigungswechsel 12
X. Ausgleichschienen 15
XI. Warmelucken 15
B. Das Tragvermogen. . . 17
I. Allgemeines . . . 17
II. Die Entwicklung der Schienenform. 18
III. Der Schienenbaustoff 20
1. Schlagprob e . 23
2. ZerreiBproben . . 23
3. Biegeprobe 23
4. Kugeldruckprobe . 24
5. Atzprobe . . . . 24
6. VerschleiBprobe . 24
IV. Die Schienenabnutzung 24
V. Die Berechnung des Eisenbahnoberbaues 29
1. Krafteangriffe . . . . . . . . . . 29
2. Unterstutzung . . . . . . . . . . 30
3. Die Arten der Oberbauberechnung 32
a) Die Berechnung WINKLER .. 32
b) Die Berechnung ZIMMERMANN 32
c) Die Achsstandformel 38
d) Die Langtra,gerberechnung . . 40
a) Die Berechnung der Schiene . 40
f3) Die Berechnung der Querschwelle 44
y) Kritik der Bereehnungsgleiehungen . 45
6) Gesehwindigkeitsbeiwert. . . . . . 51
e) Zusammenfassung der Bereehnungsgleiehungen. 54
1. Sehlene ... 54
2. Quersehwelle. . . . . . 55
3. Unterlageziffer . . . . . 55
4. Gesehwindigkeitsbeiwert . 56
5. Zulassige Beanspruehungen 56
VI Inhaltsverzeichnis
Seite
~) Rechnungsbeispiele . 56
1. Schiene ..... 57
a) Biegemoment.e . 57
b) Bodenpressung. 60
2. Querschwelle. . . 61
4. l\fessungen am Oberbau 63
C. Die Druckiibertragung auf die Bettung (Eisenbahnschwellen) 77
I. Allgemeines . . . . 77
II. Die Schwellenformen 79
1. Einzelstiitzen 79
2. IIolzquerschwellen 81
3. Stahlquerschwellen 84
4. Stahllangschwellen 88
5. StahIbetonschwellen 89
6. Verbundschwellen 90
D. Die Druckiibertragung auf den Unterbau (Die Bettung) 92
I. Allgemeine Anforderungen an die Bettung 92
II. Der Bettungsstoff 95
1. Sand ... 96
2. Kies 96
3. Steinschlag 96
Ill. Das IIerstellen der Bettung 97
1. Das Unterstopfen der Schwellen 97
2. Das Stampfen und vYalzen der Bettung 98
3. Das Fiillformverfahren . . . . . . . . 98
4. Das Unterschaufeln (Soufflage) . . . . 100
IV. Das Gleis auf Federn mit festen Stiitzen 101
E. Befestigungsmittcl 102
1. Die Befestigung der Schienen auf II olzschw ellen 102
II. Die Befestigung der Schienen auf Stahlschwellen 114
III. Die Befestigung der Schienen auf Stahlbetonschwellen . 119
F. Stol.\ausbildung 119
I. Der Laschenstol.l . . . . . . 119
1. Allgemeine Stol.lanordnung 119
2. Die vYirkung der Schienenlaschell 121
3. Laschenformen 123
a) Fu1.llaschen . 125
b) Keillaschen . 125
c) Stol.lbriicken 126
d) Auflauflaschen. 127
e) Stol.lfangschiene 128
f) Blattstol.l . 128
II. Das geschweil.lte Gleis 130
1. Allgemeines . . . . 130
2. Die Ausfiihrung der Schweil.lung 139
a) Das aluminothermische Verfahren (ThermitschweiJ.lung) 139
b) Die autogene Schweil.lung und die elektrische Lichtbogen
schweil.lung . . . . . . . . . . . 140
c) Die elektrische Stumpfschweil.lung 142
Inhaltsverzeichnis VII
Seite
G. Die Fiihrung der Fahrzeuge 143
I. Allgemeines . . . 143
II. Rad und Schiene 144
1. Die Laufflache 145
2. Die Hohlkehle . 146
3. Die Spurkranzflanke 146
a) Entgleisungssicherheit 147
b) Spurkranzreibung . . 149
4. Spurkranzrand. . . .. 151
5. Die seitlichen Begrenzungsflachen 152
III. Fahrzeug und Gleis. . . . . . . . 153
1. Das zweiachsige Fahrzeug mit festen Achsen 153
a) Die Richtkraft . . . . . 153
b) Der Anschneidwinkel. . . 156
c) Der Reibungsmittelpunkt 158
d) Der Fiihrungsdruck . . . 159
2. Das mehrachsige Fahrzeug mit festen Achsen 160
3. Fahrzeuge mit seitlich verschiebbaren Achsen. 162
4. Fahrzeuge mit Lenkachsen . . . . . . . . 164
5. Der Reibwert fund der Bogenwiderstand . 165
6. Die Einstellung der Fahrzeuge im Bogengleis nach den Verfahren
von Roy und VOGEL . . . . . 172
IV. Die Gleislage und das Verlegen des Oberbaues 177
1. Das gerade Gleis. . . 178
2. Das Bogengleis. . . . 179
3. Kriimmungsiibergange 182
a) Allgemeines. . . . 182
b) Die kubische Parabel und die Klothoide 187
c) Die Parabel 4. Grades und das Winkelbildverfahren 194
d) Die Gestaltung der Gegenbogen, das stetig gekriimmte Gleis . 198
H. Die Gleisunterhaltung (Bahnerhaltung) . . . 206
I. Allgemeines . . . . . . . . . . . . 206
II. Durchfiihrung der Erhaltungsarbeiten 208
1. Die Wiederherstellung der "Richtung" 208
2. Die Wiederherstellung der richtigen Hohe 211
3. Das Herausheben der eingesunkenen Stolle. 213
4. Das Wiederherstellen der richtigen Spurweite . 213
5. Das Wandern des Oberbaues . . . . . . . . 213
6. Das Beheben von Frostauftrieben . . . . . . 215
7. Der Ersatz verschlissener Gleisteile durch neue 216
J. Sonderbauarten . . . . . . . . 217
I. Oberbau fiir Briickenwaagen und Putzgruben . 217
II. Oberbau in Entseuchungsgleisen . . . .. , . 217
III. Oberbau auf Stahlbriicken, Schienenauszugvorrichtungen . 218
IV. Oberbau auf Wegiibergangen . . . . . . . . . . . . . 219
VIII Inhaltsverzeiehnis
Anhang
Seitc
Sehwellensehienenoberbau auf Querschwellen. 221
1. Die Form der Sehwellensehiene. . . . 221
2. Die Form der Quersehwellen. . . . . 223
3. Die Bereehnung des Sehwellensehienenoberbaues 224
4. Befestigungsmittel und Spurhaltung. 231
5. Der SehienenstoB . . . . . . . . . 232
6. Das 'Vandern des Oberbaues. . . . 235
7. Das Beheben eines Sehienenbruches. 235
8. Der Dbergang zum BreitfuBschienenoberbau 236
9. Der Zusammenball des Gleises 237
Li tera turver zeiehnis. 240
N amen vcr zeiehni s 249
Saehverzciehnis . 2!}1
Einleitung
Wenn man heute die etwas mehr als 150jahrige Entwicklung des Eisenbahn
oberbaues iiberblickt, kann man zwei etwa gleich lange Abschnitte feststellen.
Der erste Abschnitt war die Zeit der Entwicklung der verschiedensten Bauformen:
alles war im FluB, die Querschwellenbauarten standen im Wettstreit mit Lang
schwellenbauarten und im ganzen ist dieser Zeitraum durch einen Artenreichtum
gekennzeichnet, der vom Standpunkt der Oberbauwirtschaft sicherlich hochst
unerwiinscht war und auch heute noch ebensowenig erstrebenswert ware, der
aber den Vorteil hatte, daB verschiedene Entwicklungsmoglichkeiten offen lagen.
Der zweite Zeitabschnitt ist gekennzeichnet durch den Sieg der Querschwelle
und durch eine Art Erstarrung der Bauformen; die Schienenform (bei uns und
in Amerika die BreitfuBschiene, in England und in den mit England verbundenen
Staaten die Stuhlschiene) hat innerhalb 50 Jahren kaum mehr eine wesentliche
Anderung erfahren. Sie ist im Laufe der Zeit nur immer starker geworden und die
Form wurde spannungstechnisch verbessert sowie hinsichtlich Aufnahme der
Laschendriicke sorgfaltiger durchgebildet. Viel Miihe wurde aufgewendet, die
Befestigung der Schiene auf der Querschwelle einwandfrei zu gestalten und in
dieser Hinsicht diirfte kaum mehr viel Besseres zu erreichen sein. Hingegen ist
die StoBausbildung trotz einer Unzahl von Vorschlagen, von welchen auch ein
groBer Teil erprobt wurde, unbefriedigend geblieben, so' daB man in jiingster
Zeit auf die einfachen Flachlaschen der altesten Entwicklungsstufe zuriick
gegangen ist. Wahrend also in der zweiten Halfte der Entwicklungszeit an den
Oberbauformen sich grundsatzlich nichts geandert hat, sind die Anforderungen,
die an den Oberbau gestellt werden, standig gestiegen. Einerseits sind die Achs
lasten immer groBer geworden, anderseits werden mit Erhohung der Fahr
geschwindigkeit immer groBere Anspriiche an den Oberbau hinsichtlich Erhaltung
der richtigen Lage und Hohe der Schiene gestellt.
Es soIl nun untersucht werden, wie und inwieweit die verschiedenen Oberbau
formen den an sie zu stellenden Forderungen gerecht werden, welche Folgerungen
daraus gezogen werden konnen und in welcher Richtung die Entwicklung weiter
gehen miiBte, wenn Fortschritte im Zusammenwirken von Fahrzeug und Gleis
und damit hinsichtlich Ruhe und Sicherheit der Fahrt sowie vom Standpunkt
der Oberbauwirtschaft gemacht werden sollen.
Hanker, Elsenbahnoberbau
2 Grundlagen
A. Grundlagen
I. Regelquerschnitte
Der Eisenbahnoberbau hat fiir die Fahrbetriebsmittel die Fahrbahn zu liefern,
er liegt auf dem Eisenbahnunterbau, auf den er die von den Fahrzeugen kom
menden Kraftwirkungen iibertragt (Abb. I).
Der Eisenbahnoberbau besteht aus den Schienen, den Schwellen und der
Bettung. Alles was unterhalb der Bettung liegt (Damme, Einschnitte samt
deren Boschungen, Graben und sonstige Entwasserungsanlagen, Kunstbauten,
Stiitz- und Futtermauern, Wegunter- und -iiberfiihrungen, Durchlasse und
Briicken), zahlt zum Unterbau.
Man gibt der Unterbaukrone oder Bettungssohle in der Regel von Bahn
mitte ein Gefalle von 4 % nach auBen. Die Bettungsstarke "a" wird bei ein-
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Abb.t. Regelquerschnitteinereingleisigen Haupt- Abb. 2. Regelquerschnltteinereingleisigen Haupt·
bahn in der Geraden bahn im Bogen
gleisigen Bahnen und gerader Strecke in Gleismitte gemessen: del' Abstand
del' Schwellenoberkante von del' Unterbaukrone (Abb. I). 1m Bogengleis wird
die Bettungsstarke unter del' Innenschiene gemessen (Abb.2).
Bei doppelgleisigen Bahnen und gerader Strecke wird "a" an den beiden
inneren Schienen gemessen (Abb.3), 1m Bogengleis wird bei doppelgleisiger
i1/'.'1 ,~ , :; -------J.(J(J .--+- 2.(J(J --Ho,oo· u-c- -.- .:-....--..- _--·J-.(J.0. .--.-.-.-.-;;
Abb. 3. Regelquerschnitt einer zweigleisigen Hauptbahn in der Geraden
Strecke "a" unter der Innenschiene des auBeren Bogenstranges gemessen (Abb. 4),
weil an diesen Stellen (Abb. 1 bis 4) "a" iiberall den Kleinstwert hat. Die Bettungs-
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Abb. 4. Regelquerschnitt elner zweigleisigen Hauptbahn im Bogen
starke "a" solI so bemessen werden, daB zwischen Unterkante-Schwelle und
Unterbau eine geniigend starke Schotterschichte liegt, die den Druck del' Schwellen
moglichst gleichmaBig auf den Unterbau iibertragt. Die Bettungsstarke wird
daher wenigstens 0,45 m stark ausgefiihrt. Nul' bei Nebenbahnen mit schwa-