Dynamische Charakterisierung von Schienenbefestigungskomponenten aus polymeren Werkstoffen im Eisenbahnoberbau

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeit

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title = "Dynamische Charakterisierung von Schienenbefestigungskomponenten aus polymeren Werkstoffen im Eisenbahnoberbau",
abstract = "Seit mehr als 30 Jahren werden im Eisenbahnoberbau Elastomere in unterschiedlichen Varianten eingesetzt. Um die unterschiedlichsten Anforderungen an Steifigkeit, D{\"a}mpfungsverhalten und Oberfl{\"a}chenreibung der Schienenzwischenlagen zu {\"u}berpr{\"u}fen, wurde vor einigen Jahren die EN 13146 entwickelt, die alle Informationen zur Charakterisierung von Schienenzwischenlagen beinhaltet. Davon ausgehend wurde im Zuge dieser Masterarbeit der in der Norm geforderte Pr{\"u}faufbau zur Bestimmung der statischen und der niederfrequenten Steifigkeiten an Schienenzwischenlagen im unverbauten Zustand sowohl f{\"u}r das Bauteilpr{\"u}ffeld als auch f{\"u}r eine servo-hydraulische Pr{\"u}fmaschine der Fa. MTS Systems GmbH adaptiert. Zur Implementierung des Versuches wurden von Semperit Technische Produkte GmbH verschiedene Elastomerplatten unterschiedlicher Steifigkeiten zur Verf{\"u}gung gestellt. Aus den gemessenen Einsenkungen an der Schienenzwischenlage und den ermittelten Kraft-Verformungskurven wurden aussagekr{\"a}ftige Werte f{\"u}r die statischen und dynamischen, niederfrequenten Steifigkeiten errechnet. Auch die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wurde {\"u}berpr{\"u}ft und, mit Abweichungen von <5 % der einzelnen Platten zueinander, best{\"a}tigt. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Masterarbeit ein Pr{\"u}faufbau entwickelt mit dem Schienenzwischenlagen im verbauten Zustand zur Simulation von Bogenfahrten gepr{\"u}ft werden k{\"o}nnen. Dieser sollte einerseits flexibel genug sein um die verschiedenen Winkel und die Austauschbarkeit einiger Elemente zu gew{\"a}hrleisten, andererseits eine hohe Steifigkeit aufweisen um Belastungen von bis zu 120 kN aufnehmen zu k{\"o}nnen. Die auftretenden Querkr{\"a}fte auf den Hydropulser mussten abgefangen werden, was mit Hilfe eines Quertr{\"a}gers umgesetzt wurde. Um trotzdem die n{\"o}tige Flexibilit{\"a}t zu erhalten wurde ein bewegliches Adapterst{\"u}ck entwickelt, das die Bewegungen der einsinkenden Schienenzwischenlage und in weiterer Folge der Schiene ausgleichen konnte. F{\"u}r die Bestimmung des Durchschubwiderstandes der Schiene in L{\"a}ngsrichtung wurde die Schwelle inklusive Schienenzwischenlage, Schiene und Befestigungssystem um 90 ° zur Seite gekippt und mit Halterungen aus Holz fixiert. Das Aufbringen der Kraft erfolgte auf Druck bis ein Durchrutschen der Schiene einsetzte. Bei der Bestimmung der statischen Steifigkeit des Befestigungssystems wurde die Schwelle samt Befestigungssystem wieder zur{\"u}ckgedreht und ein Distanzst{\"u}ck zum Ausgleich der Vorneigung eingelegt. Die Auswertung hat gezeigt, dass bei der Durchf{\"u}hrung des Versuches besonders auf die Platzierung der Wegaufnehmer geachtet werden muss. Zur Durchf{\"u}hrung des Dauerschwingversuches wurde das gesamte System auf 33 ° schr{\"a}ggestellt und dynamisch belastet. Bei der Auswertung des ersten Versuches wurde festgestellt, dass der am Pr{\"u}fstand montierte Quertr{\"a}ger nicht geeignet war und durch einen am Pr{\"u}ffeldrahmen montierten Quertr{\"a}ger ersetzt werden musste. Der zweite Versuch zeigte, dass die gemessenen Einsenkungen deutlich h{\"o}her und die eingeleiteten Kr{\"a}fte einen Einfluss sowohl auf den Sekantenmodul als auch auf den dynamischen Modul haben. Dieser Einfluss zeigte sich auch an der Schienenzwischenlage direkt, die nach dem zweiten Versuch einen starken Verschlei{\ss} aufwies.",
keywords = "EN 13146, Schienenzwischenlage, Elastomer, dynamisch, Zwischenlage, Schiene, Steifigkeit, Dauerschwingversuch, Durchschubwiderstand, Sekantenmodul, dynamischer Modul, dynamic, railway, rail, pad, characterization, superstructure, EN 13146, stiffness, rail fastening, modulus, elastomer",
author = "Christian Schneider",
note = "gesperrt bis 10-03-2017",
year = "2014",
language = "Deutsch",

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TY - THES

T1 - Dynamische Charakterisierung von Schienenbefestigungskomponenten aus polymeren Werkstoffen im Eisenbahnoberbau

AU - Schneider, Christian

N1 - gesperrt bis 10-03-2017

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Seit mehr als 30 Jahren werden im Eisenbahnoberbau Elastomere in unterschiedlichen Varianten eingesetzt. Um die unterschiedlichsten Anforderungen an Steifigkeit, Dämpfungsverhalten und Oberflächenreibung der Schienenzwischenlagen zu überprüfen, wurde vor einigen Jahren die EN 13146 entwickelt, die alle Informationen zur Charakterisierung von Schienenzwischenlagen beinhaltet. Davon ausgehend wurde im Zuge dieser Masterarbeit der in der Norm geforderte Prüfaufbau zur Bestimmung der statischen und der niederfrequenten Steifigkeiten an Schienenzwischenlagen im unverbauten Zustand sowohl für das Bauteilprüffeld als auch für eine servo-hydraulische Prüfmaschine der Fa. MTS Systems GmbH adaptiert. Zur Implementierung des Versuches wurden von Semperit Technische Produkte GmbH verschiedene Elastomerplatten unterschiedlicher Steifigkeiten zur Verfügung gestellt. Aus den gemessenen Einsenkungen an der Schienenzwischenlage und den ermittelten Kraft-Verformungskurven wurden aussagekräftige Werte für die statischen und dynamischen, niederfrequenten Steifigkeiten errechnet. Auch die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wurde überprüft und, mit Abweichungen von <5 % der einzelnen Platten zueinander, bestätigt. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Masterarbeit ein Prüfaufbau entwickelt mit dem Schienenzwischenlagen im verbauten Zustand zur Simulation von Bogenfahrten geprüft werden können. Dieser sollte einerseits flexibel genug sein um die verschiedenen Winkel und die Austauschbarkeit einiger Elemente zu gewährleisten, andererseits eine hohe Steifigkeit aufweisen um Belastungen von bis zu 120 kN aufnehmen zu können. Die auftretenden Querkräfte auf den Hydropulser mussten abgefangen werden, was mit Hilfe eines Querträgers umgesetzt wurde. Um trotzdem die nötige Flexibilität zu erhalten wurde ein bewegliches Adapterstück entwickelt, das die Bewegungen der einsinkenden Schienenzwischenlage und in weiterer Folge der Schiene ausgleichen konnte. Für die Bestimmung des Durchschubwiderstandes der Schiene in Längsrichtung wurde die Schwelle inklusive Schienenzwischenlage, Schiene und Befestigungssystem um 90 ° zur Seite gekippt und mit Halterungen aus Holz fixiert. Das Aufbringen der Kraft erfolgte auf Druck bis ein Durchrutschen der Schiene einsetzte. Bei der Bestimmung der statischen Steifigkeit des Befestigungssystems wurde die Schwelle samt Befestigungssystem wieder zurückgedreht und ein Distanzstück zum Ausgleich der Vorneigung eingelegt. Die Auswertung hat gezeigt, dass bei der Durchführung des Versuches besonders auf die Platzierung der Wegaufnehmer geachtet werden muss. Zur Durchführung des Dauerschwingversuches wurde das gesamte System auf 33 ° schräggestellt und dynamisch belastet. Bei der Auswertung des ersten Versuches wurde festgestellt, dass der am Prüfstand montierte Querträger nicht geeignet war und durch einen am Prüffeldrahmen montierten Querträger ersetzt werden musste. Der zweite Versuch zeigte, dass die gemessenen Einsenkungen deutlich höher und die eingeleiteten Kräfte einen Einfluss sowohl auf den Sekantenmodul als auch auf den dynamischen Modul haben. Dieser Einfluss zeigte sich auch an der Schienenzwischenlage direkt, die nach dem zweiten Versuch einen starken Verschleiß aufwies.

AB - Seit mehr als 30 Jahren werden im Eisenbahnoberbau Elastomere in unterschiedlichen Varianten eingesetzt. Um die unterschiedlichsten Anforderungen an Steifigkeit, Dämpfungsverhalten und Oberflächenreibung der Schienenzwischenlagen zu überprüfen, wurde vor einigen Jahren die EN 13146 entwickelt, die alle Informationen zur Charakterisierung von Schienenzwischenlagen beinhaltet. Davon ausgehend wurde im Zuge dieser Masterarbeit der in der Norm geforderte Prüfaufbau zur Bestimmung der statischen und der niederfrequenten Steifigkeiten an Schienenzwischenlagen im unverbauten Zustand sowohl für das Bauteilprüffeld als auch für eine servo-hydraulische Prüfmaschine der Fa. MTS Systems GmbH adaptiert. Zur Implementierung des Versuches wurden von Semperit Technische Produkte GmbH verschiedene Elastomerplatten unterschiedlicher Steifigkeiten zur Verfügung gestellt. Aus den gemessenen Einsenkungen an der Schienenzwischenlage und den ermittelten Kraft-Verformungskurven wurden aussagekräftige Werte für die statischen und dynamischen, niederfrequenten Steifigkeiten errechnet. Auch die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wurde überprüft und, mit Abweichungen von <5 % der einzelnen Platten zueinander, bestätigt. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Masterarbeit ein Prüfaufbau entwickelt mit dem Schienenzwischenlagen im verbauten Zustand zur Simulation von Bogenfahrten geprüft werden können. Dieser sollte einerseits flexibel genug sein um die verschiedenen Winkel und die Austauschbarkeit einiger Elemente zu gewährleisten, andererseits eine hohe Steifigkeit aufweisen um Belastungen von bis zu 120 kN aufnehmen zu können. Die auftretenden Querkräfte auf den Hydropulser mussten abgefangen werden, was mit Hilfe eines Querträgers umgesetzt wurde. Um trotzdem die nötige Flexibilität zu erhalten wurde ein bewegliches Adapterstück entwickelt, das die Bewegungen der einsinkenden Schienenzwischenlage und in weiterer Folge der Schiene ausgleichen konnte. Für die Bestimmung des Durchschubwiderstandes der Schiene in Längsrichtung wurde die Schwelle inklusive Schienenzwischenlage, Schiene und Befestigungssystem um 90 ° zur Seite gekippt und mit Halterungen aus Holz fixiert. Das Aufbringen der Kraft erfolgte auf Druck bis ein Durchrutschen der Schiene einsetzte. Bei der Bestimmung der statischen Steifigkeit des Befestigungssystems wurde die Schwelle samt Befestigungssystem wieder zurückgedreht und ein Distanzstück zum Ausgleich der Vorneigung eingelegt. Die Auswertung hat gezeigt, dass bei der Durchführung des Versuches besonders auf die Platzierung der Wegaufnehmer geachtet werden muss. Zur Durchführung des Dauerschwingversuches wurde das gesamte System auf 33 ° schräggestellt und dynamisch belastet. Bei der Auswertung des ersten Versuches wurde festgestellt, dass der am Prüfstand montierte Querträger nicht geeignet war und durch einen am Prüffeldrahmen montierten Querträger ersetzt werden musste. Der zweite Versuch zeigte, dass die gemessenen Einsenkungen deutlich höher und die eingeleiteten Kräfte einen Einfluss sowohl auf den Sekantenmodul als auch auf den dynamischen Modul haben. Dieser Einfluss zeigte sich auch an der Schienenzwischenlage direkt, die nach dem zweiten Versuch einen starken Verschleiß aufwies.

KW - EN 13146

KW - Schienenzwischenlage

KW - Elastomer

KW - dynamisch

KW - Zwischenlage

KW - Schiene

KW - Steifigkeit

KW - Dauerschwingversuch

KW - Durchschubwiderstand

KW - Sekantenmodul

KW - dynamischer Modul

KW - dynamic

KW - railway

KW - rail

KW - pad

KW - characterization

KW - superstructure

KW - EN 13146

KW - stiffness

KW - rail fastening

KW - modulus

KW - elastomer

M3 - Masterarbeit

ER -