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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I 2 Einteilung der Schienenbahnen und gesetzliche Grundlagen Schienenbahnen -

Allgemeines Magnetschwebebahngesetz (AMbG) Allgemeines Eisenbahngesetz (AEG) Landeseisenbahngesetze Personenbeförderungsgesetz (PBefG)

Hauptziele der Verkehrsgesetze -

-

-

Netze: o Erfüllung der Anforderungen des Verkehrs o Erfüllung der Anforderungen der Nutzungsansprüche (Reise- und Güterverkehr) o Zum Wohle der Allgemeinheit Einheitliche Regelung von Bau, Ausrüstung und Betriebsweise: o Nach Erfordernissen der Sicherheit o Nach neuesten Erkenntnissen der Technik o Nach internationalen Abmachungen Überwachung der Wettbewerbsbedingungen der Verkehrsträger zur volkswirtschaftlichen sinnvollen Aufgabenteilung Planfeststellung: Neubau/Änderung von Verkehrsanlagen für Dritte

3 Rad-Schiene-System 3.1 Spurführung (Bewegungsrichtung ist vorgeschrieben (automatischer Betrieb)) Prinzip des Doppelkegels -

Laufflächen des Radsatzes = Ausschnitt aus dem Doppelkegel Sinusförmige Wellenbewegung um die Mittelachse (Berechnung durch Klingelformel) Doppelkegel zentriert sich selbst

Spurweiten: Schmalspur, Normalspur, Breitspur Weichen: Ermöglicht Übergang ohne Fahrtunterbrechung

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I

3.2 Seitenbeschleunigung und ausgleichende Überhöhung Überhöhung der bogenäußeren Schiene aufgrund für Fahrgäste tolerierbare Seitenbeschleunigung

Nicht-kompensierte Seitenbeschleunigung

Ausgleichende Überhöhung

Geschwindigkeit

3.3 Entgleisungssicherheit 3.3.1 Kräfte zwischen Rad und Schiene

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Maßgebliche Kräfte: Gewichtskraft, Fliehkraft in Kurven, Längskraft im Zug, vertikale Karft in Neigungswechseln und dynamische Kräfte 3.3.2 Sicherheit gegen Kippen Sicherheit yk = haltendes Moment/treibendes Moment um der beiden Radaufstandspunkte

einen

3.3.3 Sicherheit gegen Gleisverschiebung Sicherheit yy = Wy/Y gegen horizontale Verschiebung des Gleisrostes 3.3.4 Sicherheit gegen Aufsteigen Sicherheit yA = FR*sin(ß)/Y*cos(ß) gegen Aufsteigen Rad und Schiene

zwischen

3.4 Lichter Raum: -

-

sorgt für keine Berührung zw. Fahrzeugen und baulichen Anlagen Lichtraum = Raum, in den von außen keine Bauwerke hineinreichen dürfen Berechnung über Bezugslinie Bezugslinie wird nach außen zum Mindestlichtraum erweitert unter Berücksichtigung o der Ausladung o der zu erwartenden zufallsbedingten Gleislagefehler o quasistatische Seitenneigung Bezugslinie wird nach innen zur Fahrzeugbegrenzungslinie verengt unter Berücksichtigung fahrzeugspezifischer Einflussgrößen: o Veränderung der Fahrzeughöhe durch Abnutzung o Senkrechte Verschiebung in Kuppen- und Wannenausrundungen o Unsymmetrien aus Bau- und Einstellungstoleranzen o Schwingungen infolge von Wechselwirkungen zw. Fahrzeug und Gleis o Quasistatische Seitenneigung

Bezugslinien für Fahrzeuge nach EBO (Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung) internationale Bezugslinie: Zur Berechnung der Begrenzungslinie für Fahrzeuge Nationale Bezugslinie: Ausschließlich für Fahrzeuge in Deutschland + Zur Bestimmung des Mindestlichtraumprofils

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I

3.4.2 Mindestlichtraum - Grundlage: nationale Bezugslinie - DB Netz AG: bei Neu- und größeren Umbauten (und bei sonstigen Baumaßnahmen) -> Lichtraumprofil GC o Erlaubt größere Ladungen und Fahrzeuge ohne Sonderbehandlung (Lademaßüberschreitung) o Ohne den damit verbundenen Aufwand (Untersuchung und Genehmigung)

3.4.3 Lichte Höhe und lichte Weite unter Bauwerken Lichte Höhe: bezogen auf die Sollhöhe der Schienenoberkante Lichte Weite: auf freien Strecke mindestens Planumsbreite einhalten 3.4.4 Lichtraumerweiterung auf elektrifizierten Strecken Lichtraum nach EBO oder das Lichtraumprofil GC, um den Regellichtraum bei Oberleitung zu erweitern 4 Oberbau 4.1 Grundbegriffe Oberbau Gleise

Unterbau Planumsschutzschicht

Weichen

Frostschutzschicht

Untergrund Gewachsene Boden Unterm Unterbau

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Kreuzungen Bettung

Dammschüttungen Baugrundverbesserungen

4.2 Bauteile des Gleises 4.2.1 Schienen Aufgaben: -

-

Spurführung (durch Schienen und Schwellen) Rückleitung des Fahrstroms bei elektrifizierten Strecken Transport von Informationen (zb. Gleisstromkreise)

Schienenprofil: -

I-Träger-Form Große Tragfähigkeit in vertikale Richtung Leichte Biegsamkeit in horizontaler Richtung (erforderlich für Bögen und Weichen) Sicherung der Schiene vor Ausweichen

Schienenverbindungen: -

-

Verbindung der Schienen durch Verschweißung Voraussetzung: Druck- und Zugfestigkeit des Schienenstahls, ausreichende Sicherheit des Schienenrostes gegen Ausweichen In Ausnahmefällen (zb. In Bergsenkungsgebieten): Schienenstöße (Verbindung durch Laschen)

4.2.2 Schwellen Aufgaben: -

Spurhaltung der Schiene zu gewährleisten Kräfte von Radsatz auf Bahnkörper übertragen

Schwellenarten: Holzschwellen

Stahlschwellen

Betonschwellen Kunststoffschwellen

Radlasten aufnehmen und übertragen

6 Zusammenfassung Eisenbahnwesen I

Einsatzgebiete: Holzschwellen

Stahlschwellen

Betonschwellen

Bei kleineren Reparaturen Bei untergeordneten Gleisen

Kein Einbau (mangelnde Bei Neubauten Wirtschaftlichkeit) Nur Y-Stahlschwellen Bei größeren Umbaumaßnahmen Für Weichen

Kunststoffschwellen/ Kunstholzschwellen Als Ersatz für die Holzschwellen

4.2.3 Schienenbefestigungen Zweck: verwindungs- und schubsichere Verbindung von Schiene und Schwelle -> steifer Gleisrost Bauformen für Betonschwellen: Oberbauart K, Oberbauart W 4.3 Bettung - Bettung durch Gleisschotter aus gebrochenem Hartgestein (scharfkantige, ungleichmäßig geformte Stücke) - Mindeststärke unter der Schwellenunterkante: 30-50 cm - Schotterbreite vor Schwellenkopf: 40-50 cm Aufgaben: -

Druck der Radlasten von den Schwellen an Untergrund weitergeben + auf größere Fläche verteilen Trockenhaltung des Oberbaues durch schnelle und ungehinderte Durchsickerung/Ableitung des Niederschlagswassers Schwellen in fester und unverrückbarer Lage sichern

4.4 Planumsschutzschicht - hauptsächlich aus Kies-Sand-Gemisch oder Schlacke - zusätzlich Kunststofffolien, Filtervlies (Geotextilien), Styroporplatten und Styroporbeton

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I - Aufgabe: Standsicherheit des Bahnkörpers 4.5 Feste Fahrbahn Schotteroberbau: Vorteile Niedrige Baukosten

Nachteile Bei höheren Geschwindigkeiten + höheren Lasten entstehen überproportional viele Gleislagefehler

Kurze Bauzeit Einfache Behebung von Gleislagefehlern Nachträgliche Änderung der Überhöhung

Feste Fahrbahn im Vergleich zum Schotteroberbau Vorteile Weitgehend wartungsfrei, hoher Qualitätsstandart über langen Zeitraum Wartungsarbeiten des SB meistens Nachts  Entfällt bei der FF Kein Schotterflug Uneingeschränkter Einsatz der Wirbelstrombremse (diese ist verschleißfrei) möglich

Nachteile Großer Aufwand für eventuelle Lagenänderungen der Gleislage Höhere Luftschallabstrahlung (Emission) Höhere Baukosten Entgleisungsschäden, (wahrscheinlich) lange Sperrpausen für Reparaturen

Eigenschaften: -

Bettung: Asphalt- oder Betontragschichten (Vorteil: lange Liegedauer und niedriger Wartungsaufwand) Einsparung der Überleitstellen durch geringe Wartung Größere Überhöhung durch sehr feste Schienen Kleineren Radius -> Anpassung an Topographie Verwendung der Wirbelstrombremse Nutzung auch von straßengebundenen Rettungsfahrzeugen

Bauart: -

-

Rheda/ÖBB-PORR: o Feste Fahrbahn mit eingelagerten Schwellen in einem Betontrog o Einbau in Betontrog von durchgehende Schwellen oder Biblockschwellen o Fixierung der Schwellen durch Füllbeton ATD (Asphalttragschicht mit Direktauflagerung): o Feste Fahrbahn mit aufgelagerten Schwellen o Auf Tragschicht wird Gleisrost abgelegt o Kunststoff zw. Schwelle und Querkraftsockel in Gleismitte gießen o Schwellenfächer mit Schotter verfüllen

5 Trassierungsregeln und –parameter 5.1 Verbindlichkeit von Trassierungsregeln

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Verbindlichkeitsgrade: -

Gebote und Verbote („müssen“ oder „nicht dürfen“) sind immer zu beachten Regeln sind grundsätzlich einzuhalten („sollen“, „in der Regel“) Empfehlungen („sollte“, „nach Möglichkeit“) gelten als zweckmäßig

Ermessensbereich umfasst Höchst- bzw. Mindestwert, Ermessensgrenze und alle dazwischen liegenden Werte Genehmigungsbereich reicht ab Ermessensgrenze bis zur EBO-Grenze Beachtung: -

Höchst- und Mindestwerte sollen nicht über- bzw. unterschritten werden Bei Ausschöpfung der Ermessensgrenze Wirtschaftlichkeit überprüfen

5.2 Entwurfsgeschwindigkeit v =: Geschwindigkeit, für die die Trassierungselemente im Regelfall ausgelegt werden (Höchstgeschwindigkeit) Abhängig von: -

Aufgrund des Verkehrsmarktes angestrebten Geschwindigkeit Bauliche, sicherungstechnische, betriebliche und örtliche Randbedingungen Der Zulässigen Höchstgeschwindigkeit der zukünftig verkehrenden Fahrzeuge

5.3 Wahl der Trassierungsparameter Wahl der Grenzen für: u aq c w 1:m az

Überhöhung Nicht-kompensierte Seitenbeschleunigung Seitenruck Geschwindigkeit der Rotation um die Fahrzeuglängsachse Neigung von Überhöhungsrampen Haftreibungsbeiwert Vertikalbeschleunigung Druckänderung pro Zeiteinheit

6 Gleisbögen 6.1 Kurvenradius und Überhöhung Normalspur Überhöhungsfehlbetrag: uf = 153 * aq [mm] Ausgleichende Überhöhung: u0 = 11,8*v2/r [mm]

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I

6.2 Übergangsbögen und Überhöhungsrampen

Grenzwerte der Überhöhung

6.3 Gleisverziehung

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I

7 Trassierung und Längsneigung 7.1 Grundsätzliches: -

gutes wirtschaftliches Verhältnis zw. Komfort und Bau- und Instandhaltungskosten Trassierung nur gleichzeitig in Grund- und Aufriss Trassen sind möglichst gestreckt zu führen Vermeidung von Trassierungselemente mit kurzer Länge und häufigere Wechsel zw. unterschiedlichen Bogenradien oder Neigungen Neigungswechsel sollen NICHT in Überhöhungsrampen liegen Dammhöhe 15-20m, Einschnitthöhe 10-15m Abstand zweier aufeinanderfolgender Tunnel > 50m, empfohlen >400m Kurze Transportwege und kleine zu transportierende Mengen anstreben Bevorzugte Halteplätze an Hochpunkten von Strecken In durchgehende Hauptgleisen nur wenige, einfache Weichen einbauen Anordnung der Weichen richtet sich nach fahrdynamisch günstige Linienführung Beharrungsgeschwindigkeit auf längeren Steigungen

7.2 Neigung i der Gradiente Neigung i = delta h / delta l Mit delta h: Höhenunterschied zweier Punkte Delta l: horizontaler Abstand der Punkte 8 Querschnittsgestaltung Bahnkörper von Eisenbahnen: -

Unter- und Oberbau Entwässerungseinrichtungen Untergrund Brücken, Tunnel und andere Kunstbauwerke Beeinflussung der Gestaltung der Querschnitte durch: o Zahl der Gleise einer Strecke o Spurweite o Breite der zum Einsatz kommenden Fahrzeuge o Fahrzeuggeschwindigkeit

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I -

Lichtraumprofil, lichte Höhe, lichte Weite unter Bauwerken

Bemessung von Querschnitten mit der Zuggattung mit der höchsten Geschwindigkeit Freie Strecke in Bögen mit Radien von >250m + in Geraden: -

horizontaler Gleisabstand von 4,5m bei Neubaustrecken horizontaler Gleisabstand von 4,0m bei anderen Strecken

Strecken mit S-Bahn-Zügen: 3,8m Gleisabstand 8.1 Zwischenwege auf freier Strecke Randwege Neben der Bettung der äußeren Gleise Zur Sicherheit von Personen während der Vorbeifahrt von Zügen Vorübergehende Lagerung von Baumaterialien und Arbeitsgeräten

Zwischenwege Bei Strecken mit mehr als zwei Gleisen Zum Schutz von Personen

Außerhalb des Gefahrenbereiches Breite ab Gleismitte in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Wegbreite = 80cm

Außerhalb des Gefahrenbereiches Breite ab Gleismitte in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Wegbreite = 80cm

8.2 Querschnitte auf Erdkörpern Aufbau: -

-

Untergrund: gewachsene Boden im Bereich des Bahnkörpers, verbessert oder verdichtet Unterbau: o Frostschutzschicht o Planumsschutzschicht o Geschütteter Boden o Tunnelsohle o Brücken, Stützmauern und sonstige Kunstbauwerke Erdplanum: angrenzende Oberfläche an Schutzschicht (Frost- oder Planumsschutzschicht) Planum: Grenzfläche zw. Unter- und Oberbau; ohne Schutzschicht Planum=Erdplanum Oberbau: o Bettung o Schienen o Schienenbefestigungen o Schienenauszüge, Schienenstöße, Schwellen

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Besondere Querschnitte:

8.2.2 Entwässerung Entwässerungsanlagen: -

in Einschnitten oder bei ebenerdig geführten Strecken Oberirdische Anlagen sind den unterirdischen vorzuziehen -> Überwachung und Instandhaltung einfacher, wirtschaftlicher

Oberirdische Anlagen (Gräben):

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I -

Ableitung von Oberflächenwasser 40 cm tief, an Sohle mind. 40 cm breit Böschungen mit Beton befestigt oder mit Gras eingesät

Unterirdische Anlagen (Tiefenentwässerung): -

Entwässerung des Untergrunds Fassung und Ableitung von Sicher- und Schichtwasser Absenkung des Grundwasserspiegels (vorallem wenn GWSpiegel < 1,5m unter Schienenoberkante SOK Ziel: Erhöhung der Frostsicherheit, Standsicherheit und Festigkeit von Ober-,Unterbau und Untergrund

9 Erdmassenermittlung Erdmassenermittlung durch Volumenberechnung auf der Grundlage der gewählten Querschnitte 9.1 Genaues Verfahren Anwendung, wenn: -

-

Querschnittsflächen an den beiden Enden des Erdkörpers parallel zueinander sind Ihr Abstand so klein gewählt wird, dass die Trasse dazwischen näherungsweise als gerade angenommen werden kann Im Bereich des Prismatoids für jedes y zw. Den Querschnitten linear interpoliert werden darf

9.2 Näherungsverfahren Annahmen: -

Geländeoberfläche = ebene Fläche Annäherung des Planums durch ebene Fläche Beide ebenen Flächen dürfen sich nicht schneiden Querschnittsflächen an den beiden Enden sollen parallel zueinander sein Eventuell vorhandene Entwässerungsgräben und – körper, die Breite und die Böschungsneigung sollen über die gesamte Länge konstant sein

Zerlegung in ein Prisma, einen Keil und zwei Pyramiden

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I 9.3 Massenlinie =: Summenlinie der zu bewegenden Erdmassen

10 Gleisbauverfahren

10.1 Neubau in Jochbauweise Eigenschaften (Jochweisen Gleisverlegung): -

Gleisjoche (=:Gleisabschnitt) (12m,16m,25m) werden auf speziell eingerichteten Monatgeplätzen vormontiert Oberbauform = Betonschwellen und K-Schienenbefestigung Schienen der Gleisjoche = altbrauchbare Inventarschienen

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Ablauf: 1. Paketweise Transport der Joche auf Spezialwagen 2. Verlegung der Joche von Gleisjochverlegegeräten oder Gleisjochverlegekränen auf einem Unterbett aus Schotter 3. Gleis grob richten 4. Verfüllung mit Schotter und 1. Stopfgang 5. Entfernung der Inventarschienen, Ersetzung durch 300m lange Neuschienen 6. Inventarschienen zum Montageplatz (dort weitere Verwendung für Jochmontagen) 7. Thermitschweißen der Schienenstöße, Heben, Feinrichten und Endstopfen Verlegung der Gleisjoche: 1. Bauzug mit Portalkran beladen auf Baustelle 2. Portalkran wird abgeladen, Bauzug fährt unter den Portalkran 3. Verladen der Gleisjoche auf den Transportwagen 4. Aufnahme von zwei Gleisjochen mit dem Portalkran, Bauzug fährt zurück 5. Verladen von Portalkran und Gleisjoche auf einen Transportwagen 6. Portalkran wird mit einem beladenen Gleisjoch abgesetzt 7. Transportwagen fährt auf Schienen mit einem Gleisjoch zurück und das erste Gleisjoch kann verlegt werden 8. Transportwagen fährt auf das neu verlegte Gleisjoch 9. Portalkran wird aufgenommen, Transportwagen fährt auf Planum, Portalkran übernimmt das zweite Gleisjoch, wird abgesetzt 10. Rückfahrt des Transportwagens auf dem Gleis, zweite Gleisjoch wird verlegt 11. Transportwagen fährt unter den Portalkran und lädt ihn auf 12. Wagen fährt zum Bauzug 13. Aufnahme der nächsten zwei Gleisjoche 14. Wiederholung der Schritte 1-12 15. Gleis auf größeren Länge verlegt -> Gleisjochschienen werden durch durchgehend geschweißte Schienen ersetzt 10.2 Gleisumbau mit Hochleistungsmaschinen Aufgabe: -

Gleisumbau (Austausch von Schienen und Schwellen) Bettungsreinigung (Reinigung des Schotterbettes, insbesondere zur Entfernung organischer Bestandteile) Stopfen (Herstellung der korrekten Höhenlage, zb. Bei Überhöhungen) Richtarbeiten (Herstellen der exakten Parallellage der Schienen) Austausch von Gleisjochen (Gleisjoch = Gleisabschnitt, ohne Schotter)

Arbeitsablauf einer Gleiserneuerung:

16 Zusammenfassung Eisenbahnwesen I 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Geschweißte Gleise trennen (manuell) Ggf. Bettung reinigen Kleineisen lösen (z.T. manuell) Altes Material ausbauen Neues Material einbauen Kleineisen verspannen (z.T. manuell) Gleisrost mit Schotter verfüllen Gleis stopfen, richten, planieren Gleis verschweißen (manuell)

10.3 Streckenüberwachung und –instandhaltung Instandhaltung von Schienen, Schwellen und Oberbau durch Stopfen, Schleifen, Mängelbehebung, Neubau Gefahrenbereich: -

=: Bereich auf und neben einem Gleis, in dem Mitarbeiter durch vorbei fahrende Züge gefährdet werden können Geschwindigkeitsabhängige Druckwelle Herumfliegende Kleinteile

Sicherung von Arbeitsstellen im Gleis: -

Gleissperrung Langsamfahrstellen Absperrungen/Abgrenzungen zum Nachbargleis Technische Sicherungseinrichtungen (Ankündigungs-/Warnanlagen) Sicherungsposten

11 Fahrzeugtechnik und Fahrzeugpark 11.1 Fahrzeugtechnik Radsatz: Lager: -

Radaufhängung und Federung:

Gleitachslager Wälzlager/Rollenachslager (am besten wegen günstiger Roll- und Anfahreigenschaften)

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Bremsen: -

Fahren mit durchgehender Bremse (Luftbremse) bei v > 50 km/h Bremsleistung ist abhängig vom Gewicht, der Geschwindigkeit des Zuges und den Widerständen Weit verbreitete Art: Reibungsbremse (-> Klotzbremse) Druckluftbremse = echte Sicherheitsbremse (Fail-Safe-Prinzip)

Reibungsbremsen Klotzbremsen Vorteile Mit relativ einfachen Mitteln billig und zuverlässig Heute erforderliche Bremsverzögerungen werden gewährleistet

Nachteile Reibungswert hängt stark von der Geschwindigkeit ab Hohe Geräuschentwicklung Verschleiß nicht nur des Bremsklotzes, sondern auch der Lauffläche des Rades Begrenzung der thermischen Belastbarkeit des Rades

Scheibenbremsen Vorteile Gleich bleibende Bremskraft über die Geschwindigkeit Geräuschlose, weiche Bestätigung Keine Laufflächenschäden Geringer Bremsverschleiß

Nachteile Grenze der (Brems-)Leistungsfähigkeit ist erreicht Wärmeübertragung ist problematisch

Magnetschienenbremsen Bremskraft ist abhängig von: -

Erregerleistung Länge des Magneten Gleitreibungsbeiwert zw. Magnetpolen und Schiene (Gleitreibungswert unabhängig vom Haftwert RadSchiene)

Vorteile Große Bremsverzögerung

Nachteile Erheblicher Verschleiß -> Veränderung des Schienenprofils Entstehende Wärme muss vom Schienenkopf aufgenommen werden (-> Beschränkung der Anzahl der Bremsungen)

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Zusammenfassung Eisenbahnwesen I Dynamische Bre...